EP3240694A1 - Verfahren zur herstellung eines dreidimensional erscheinenden musters in einer beschichtung - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines dreidimensional erscheinenden musters in einer beschichtung

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EP3240694A1
EP3240694A1 EP15810781.3A EP15810781A EP3240694A1 EP 3240694 A1 EP3240694 A1 EP 3240694A1 EP 15810781 A EP15810781 A EP 15810781A EP 3240694 A1 EP3240694 A1 EP 3240694A1
Authority
EP
European Patent Office
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platelet
substrate
coating
pigments
effect pigments
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP15810781.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Clauter
Klaus-Christian Ullmann
Ruediger Smolka
Johannes Tasch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Merck Patent GmbH
Original Assignee
Merck Patent GmbH
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Filing date
Publication date
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Publication of EP3240694A1 publication Critical patent/EP3240694A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B3/00—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form
    • B32B3/26—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by a particular shape of the outline of the cross-section of a continuous layer; characterised by a layer with cavities or internal voids ; characterised by an apertured layer
    • B32B3/263—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by a particular shape of the outline of the cross-section of a continuous layer; characterised by a layer with cavities or internal voids ; characterised by an apertured layer characterised by a layer having non-uniform thickness
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41M—PRINTING, DUPLICATING, MARKING, OR COPYING PROCESSES; COLOUR PRINTING
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    • B41M3/06—Veined printings; Fluorescent printings; Stereoscopic images; Imitated patterns, e.g. tissues, textiles
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    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
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    • B44F9/08—Designs imitating natural patterns of crystalline structures, pearl effects, or mother-of-pearl effects
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • C09C1/00—Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C09D7/00—Features of coating compositions, not provided for in group C09D5/00; Processes for incorporating ingredients in coating compositions
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    • B41M3/00—Printing processes to produce particular kinds of printed work, e.g. patterns
    • B41M3/14—Security printing

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a three-dimensional appearing pattern in a coating, in particular for producing a directly visible, three-dimensional appearing pattern in a coating containing platelet-shaped effect pigments on a substrate, on one after such
  • Decorative three-dimensional pattern-containing coatings on wallpaper, furniture decorating films or packaging materials are known and are preferably used for higher quality goods or luxury packaging, because they give the end products containing them a special charisma.
  • the corresponding substrates and / or the coatings applied thereto are structured such that they have a tactile, three-dimensional surface structure. This effect is often very desirable, for example, to give furniture décor foils with wood grain in addition to the wood-like appearance and a corresponding feel.
  • Such structuring generally takes place via elaborate embossing processes, which however require a high outlay on equipment and increased production costs.
  • WO 2012/079674 has recently disclosed in particular for decorative packaging materials a process in which three-dimensional patterns are produced in coatings containing platelet-shaped effect pigments by applying a flowable coating composition, which may contain platelet-shaped effect pigments, to a substrate is applied and in still unsolidified state with a pressure form for the high pressure, such as a Flexod jerk form, brought into contact so that the high pressure form produced in the still unconsolidated coating composition extremely small depressions in the micrometer range, the coating thus treated is then subjected to an immediate solidification process ,
  • the coatings obtained by the above method have a visible three-dimensional effect of high brilliance and depth because the slight spatial disorientation of the effect pigments results in a very noticeable three-dimensional effect in the coating.
  • the method requires the transport of a still uncured coating within a printing line from one coating unit to another, over longer distances, the coated substrate can vibrate and a guide of the freshly coated substrate via deflection rollers is not possible. It would therefore be very advantageous for certain applications to be able to obtain similarly spectacular three-dimensional effects on substrates in which prefabricated, patterned substrates transported over longer distances, stored in wound form and can be provided at any time with a three-dimensional effect coating.
  • a process for the production of colored decor paper foils known in which the films provided with a three-dimensional surface structure are provided by overpainting a first printing layer containing a paint repellent and having a pattern.
  • the paint repelling agent results in differences in thickness in the overcoat that ultimately produce a perceptible three-dimensional pattern.
  • a printing method is also known from US Pat. No. 3,811,915, in which a three-dimensional wood pattern is produced by printing on a primer layer as a pattern layer a printing ink which contains a paint-repellent silicone compound in addition to customary color pigments and the printing ink vehicle.
  • the topcoat layer applied thereto has not only a visible three-dimensional pattern with wood structure due to the paint-repelling effect of the silicone-containing layer, but also a palpable three-dimensional deformation of the surface of the coating.
  • US Pat. No. 6,150,009 describes a decorative article which has on a substrate a pattern of a paint-repelling material consisting of wax, oil or silicone and wherein the surface portions of the substrate not coated with the paint-repelling material are coated with a colored resin which has a greater surface tension than the paint-repellent material. Since the paint-repelling material repels the subsequent resin coating so that the resin layer does not adhere to the parts of the substrate coated with the paint-repellent agent, paint surfaces of different thickness and thus tactile three-dimensional structure are obtained.
  • the resin layer may contain platelet-shaped effect pigments.
  • the object of the present invention is to provide a method for producing a three-dimensional pattern in an effect pigment-containing coating on a substrate, with which directly and without aids visible, three-dimensional
  • the coating can be produced in a coating, wherein the coating has a smooth, unembossed surface and in the coating the optical effects of the effect pigments used come into their own, an in depth, attractive three-dimensional appearing pattern even with a very small layer thickness of the
  • Another object of the present invention is to provide a
  • Coating on an unembossed substrate the coating having a smooth, unembossed outer surface and a three-dimensional appearing pattern formed by platelet-shaped effect pigments.
  • An additional object of the present invention is to demonstrate a use for coatings produced in this way.
  • the object of the present invention is achieved by a method for producing a three-dimensional pattern in an effect pigment-containing coating on a substrate, wherein a surface of a substrate, which is provided in partial areas with surface elements that represent a two-dimensional pattern, with a platelet-shaped effect pigments coated coating composition and this coating composition is solidified, wherein the portions of the substrate, which are provided with the surface elements and portions of the substrate, which are not provided with the surface elements, mutually different surface tensions ⁇ 1 and ⁇ 2 have, and wherein the platelet effect effect pigment-containing coating composition has a surface tension ⁇ 3 that is less than the surface tensions ⁇ 1 and ⁇ 2.
  • the object of the present invention is also achieved by a coating containing platelet-shaped effect pigments on a substrate which has a visible, three-dimensional appearing pattern and is produced by the method described above.
  • the object of the invention is also achieved by the use of such a coating in decorative materials, packaging materials, artifacts and safety products.
  • a substrate is used, the surface of which (at least one surface of a flat substrate) is provided in subregions with surface elements representing a two-dimensional pattern.
  • Such a pretreated substrate can be prepared immediately prior to the implementation of the method according to the invention, but may also already be prefabricated. Since the substrate used and the surface elements applied thereto are (are) solid and dry, a substrate prefabricated in this way can be stored and transported in roll form as needed, without the risk of damage to the applied surface elements.
  • the two-dimensional pattern which is formed by the surface elements, already constitutes the two-dimensional basic pattern for the pattern, which should be present in three-dimensional form after the method according to the invention has been carried out.
  • the surface elements are produced by applying and solidifying a flowable first coating composition on the substrate.
  • This coating composition contains at least one binder which, after application to the substrate by cures and / or dries various processes, but may also contain solvents and various auxiliaries and / or additives.
  • this coating composition can be carried out by any conventional coating method, but is applied in particular by means of a customary printing method so as to enable the production of mass products.
  • additives in addition to the auxiliaries customarily used in coating compositions, such as, for example, carbon black,
  • Fillers UV stabilizers, inhibitors, flame retardants, lubricants, dispersants, redispersing agents, defoamers, leveling agents, film formers, adhesion promoters, drying accelerators, drying retardants, photoinitiators, etc., in particular also coloring pigments or dyes in question.
  • pigments it is possible to use organic or inorganic absorption pigments and / or effect pigments, in particular flake-form effect pigments.
  • Organic and inorganic absorption pigments, as well as dyes are commercially available in a variety of forms. Since according to the invention the use of such color pigments and dyes is not particularly limited, as long as the
  • primer compositions which are usually used for the pretreatment of substrates such as paper, cardboard, wallpaper etc.
  • primer compositions are commercially available from a variety of suppliers and usually contain at least one binder as well as often a solvent, which may be water or an organic solvent or solvent mixture.
  • Suitable binders are customary binders or binder systems which are usually used in coating processes of various kinds, for example aqueous or solvent-containing binders based on nitrocellulose, polyamide, acrylic, polyvinyl butyral, PVC, PUR or suitable mixtures thereof, as long as they produced surface elements meet the conditions of the invention with respect to the surface tension, which is easily determined by simple preliminary tests.
  • aqueous or solvent-containing binders based on nitrocellulose, polyamide, acrylic, polyvinyl butyral, PVC, PUR or suitable mixtures thereof, as long as they produced surface elements meet the conditions of the invention with respect to the surface tension, which is easily determined by simple preliminary tests.
  • Acrylate-based aqueous binder systems such as those sold by Schmid Rhyner AG, Switzerland, under the name GALACRYL®, have proven particularly suitable.
  • organic solvents in the first coating composition for applying the surface elements for example branched or unbranched alcohols, aromatics or alkyl esters, such as ethanol, 1-methoxy-propanol, 1-ethoxy-2-propanol, ethyl acetate, and butyl acetate , Toluene or these containing
  • the first coating composition can also be low in or completely free of solvents.
  • the first coating composition contains no pigments, in particular no coloring pigments.
  • the first coating composition contains dyes, absorption pigments and / or effect pigments which have a coloring effect and thus the optically perceptible color impression of the surface elements determine the substrate, since usually in the solidified state colorless and transparent binder systems are used.
  • the surface elements on the substrate according to the first embodiment are colorless or, in the best case, perceived as a whitish coating on the substrate
  • the surface elements of the second embodiment have a visible coloring which depends on the dyes and / or pigments used and their interactions is determined among each other.
  • none of the embodiments mentioned is particularly preferred. Rather, it depends on the desired coloring of the three-dimensional appearing pattern whether the first or the second embodiment of the present invention is used for the application of the surface elements on the substrate.
  • the substrate used are conventional flat substrates which can be coated with conventional coating methods, for example paper of various qualities, cardboard, wallpaper, laminates, tissue materials, wood, plastic bodies, plastic films, metal bodies, metal foils, glass or materials, the constituents contain several of these substances.
  • the substrates can optionally be electrostatically or by
  • Pre-treated applying primer or Satinier Anlagenen Often, common primer or satin coatings have a light or white color.
  • Such pre-coated substrates are suitable per se as substrates for use in the method according to the invention, but the three-dimensional appearing that can be achieved with them
  • the substrates have a black, dark or colored surface.
  • This coloring of the substrate can vary depending on used substrate material and intended use of the finished product either by mass coloration of the substrate material, for example in plastic films, or by coating the substrate with a black, dark or colored coating.
  • the latter can be applied in addition or as an alternative to priming or satinizing layers.
  • a dark coating means gray, brown, blue, red, violet, or green coatings that have low brightness, commonly referred to as dark gray, dark brown, dark blue, dark red, dark purple, or dark green. They can, like colored coatings, be obtained by the addition of conventional colorants to corresponding coating compositions, optionally in combination with carbon black or other black colorants.
  • the entire surface of the substrate to be coated is provided with such a black, dark or, alternatively, colored coating.
  • a step preceding the method according to the invention subregions of a surface of a previously described substrate are coated with surface elements by the application of a first coating composition, which is preferably a primer composition, and the coating is solidified.
  • a first coating composition which is preferably a primer composition
  • the coating is solidified.
  • These surface elements form a two-dimensional pattern on the substrate.
  • each of the surface elements may already be a pattern per se and / or the entirety or parts of the surface elements may be a pattern with each other. It does not depend on the type of pattern, for example, it can be a fantasy pattern, a random pattern, a dot or dash pattern, an alphanumeric pattern, a pattern of concrete objects, or a combination of two or more of them.
  • the surface elements which represent a two-dimensional pattern, are located only on subregions of the substrate and that, in addition, further subregions of the substrate Substrates are present, which are not coated with the surface elements, wherein portions which are coated with surface elements and portions that are not coated with surface elements, adjacent to each other, so that form boundary lines between the two types of subregions.
  • the two-dimensional pattern formed by the surface elements is therefore present in a regular, irregular or random distribution on the surface of the substrate and can be limited to a portion of the substrate, so for example be stored centrally, as well as extended over the entire surface of the substrate ,
  • the two-dimensional pattern formed by the surface elements represents a macroscopic pattern, wherein the individual surface elements have a size of at least 0.1 mm 2 , in particular of at least 1 mm 2 , but, depending on the coating technology, can also have sizes of several hundred square centimeters ,
  • the surface elements have in the solidified state only a small layer thickness in the range of 0.5 to 10 .mu.m, in particular from 1 to 5 pm on.
  • the surface tension ⁇ 1 of the substrate (which can be pretreated and / or black, dark or colored precoated, but hereinafter referred to as uncoated substrate) in the solid state and the surface tension of the substrate
  • any conventional method suitable for the determination of surface tensions on solid surfaces can be used as long as the Determining the surface tensions the same procedure is used in each case, so that the obtained values of the surface tensions ⁇ 1 and o2 are directly comparable with each other.
  • Particularly suitable methods are those with the help of which the total surface tension, but also the disperse and polar fraction of the total surface tension can be determined, whereby for each partial area the relationship
  • the subregions of the substrate not coated with the surface elements or the subregions of the substrate coated with the surface elements have the nominally higher surface tension. It is essential to the invention that there is a measurable difference between the respective total surface tensions otoiai between the coated or uncoated subregions of the substrate and that this difference amounts to at least 1 mN / m.
  • the difference between the total surface tensions may be 1 to 20 mN / m, preferably 1 to 10 mN / m, and more preferably 1 to 5 mN / m.
  • the total surface tension on the subregions of the substrate coated with the surface elements is greater than the total surface tension on the uncoated subregions of the substrate.
  • the coating composition for the coating of the surface elements a surface-active agent which reduces the polar fraction of the total surface tension of the solid surface elements. This addition exerts on the nominal total surface tension, which is obtained after solidification of the surface elements, a significantly lower influence than on the polar component of the total surface tension of these sections.
  • the difference between the polar surface tensions o1 p0 Vietnamese and o2 p0 Vietnamese is according to the invention also in the range of 1 to 20 mN / m, but preferably in the range of 5 to 10 mN / m, and is in particular greater than the difference between the total surface tensions ⁇ 1 totally and o2totai.
  • the liquid or flowable first coating composition which is used for applying the surface elements to the substrate in any case, has a surface tension o2a which is less than the surface tension ⁇ 1 (o1 total) of the uncoated substrate in order to ensure a good distribution of the Coating composition on the substrate to achieve a sharp boundary of the surface elements to be produced and their good adhesion to the substrate.
  • the determination of the surface tension o2a takes place in the same way as the determination of the surface tension ⁇ 3, which is described below.
  • the substrate used as the basis for the method according to the invention thus has on at least one of its surfaces a visible or nearly invisible two-dimensional pattern which consists of surface areas coated with surface areas and has boundary lines to uncoated part surfaces of the surface of the substrate, wherein the surface tension ⁇ 1 the uncoated Partial surfaces of the surface tension o2 of the surface elements coated with the partial surfaces is different.
  • ⁇ 1 and o2 respectively, the total surface tensions ⁇ 1 total and o2totai are meant.
  • the surface tension ⁇ 3 must be determined using a different method than the surface tensions ⁇ 1 and ⁇ 2, because the surface tension ⁇ 3 is the value in a flowable coating composition.
  • various methods are available to the person skilled in the art, for example the ring method according to Du Nouy, the method of the hanging drop and various others.
  • the surface tensions ⁇ 3 specified according to the invention are determined from the supernatant of the coating composition after settling of the platelet-shaped effect pigments with the ring method according to Du Nouy.
  • the surface tension of the coating composition ⁇ 3 containing platelet-shaped effect pigments is also lower than the surface tension o2a of the first coating composition determined using the same method, which is used to produce the surface elements.
  • the difference in the surface tensions of the coating compositions enables a good distribution of the coating composition containing platelet-like effect pigments and their good adhesion both to the area-provided partial areas and to the uncoated partial areas of the substrate.
  • the difference between the surface tensions of the two coating compositions o2a and ⁇ 3 (o2a-o3) is
  • the coating composition comprising platelet-shaped effect pigments hereinafter also referred to as effect paint, contains at least one binder and at least one type of platelet-shaped effect pigments.
  • the adjuvants and additives already described above can also be contained in the effect varnish. It is likewise possible to use the binder systems already mentioned in advance for the first coating composition as binders, it being important to note that the surface tension ⁇ 3 of the effect paint must be lower than the surface tension o 2 a of the first coating composition. Therefore, the ingredients of the effect paint must be selected so that they meet the conditions of the invention.
  • the surface tensions of the two coating compositions can be easily determined in preliminary experiments by the methods described above.
  • the effect coating it is possible according to the invention to select both solvent-based, aqueous and radiation-curing coating systems.
  • such paint systems can be advantageously used here, which have relatively low viscosities.
  • Particularly suitable according to the invention are UV-curable acrylic lacquers which are commercially available, for example, from Schmid Rhyner AG, Switzerland, under the name WESSCO®. Of these are also paint systems with relatively low viscosity, z. B. a according to DIN EN ISO 2431 in 4mm flow cup at 23 ° C certain viscosity of ⁇ 30 sec, preferably.
  • the effect varnish also contains platelet-shaped effect pigments. In this case, the specific type of platelet-shaped effect pigments or optionally mixtures of different effect pigments by the desired optical effects of the resulting three-dimensional appearing pattern in the coating and optionally also of
  • Colorants that are already contained in the surface units located on the substrate determined.
  • platelet-like effect pigments pigments which are selected from the group consisting of pearlescent pigments, interference pigments, metallic effect pigments, liquid crystal pigments, platelet-shaped functional pigments, platelet-shaped structured pigments, or a mixture of two can be used in the coating composition containing platelet-effect pigments according to the present invention or more of these.
  • These effect pigments are composed of one or more layers of possibly different materials and are platelet-shaped.
  • platelet-shaped pigments or support materials when their outer shape corresponds to a flat structure having with its top and bottom two approximately parallel surfaces whose extension in length and width represents the largest dimension of the pigment or the support material.
  • the distance between said surfaces, which represents the thickness of the plate, on the other hand, has a smaller extent.
  • These pigments preferably have a platelet-shaped support which optionally comprises at least one coating of a metal, metal oxide, metal oxide hydrate or mixtures thereof, a metal mixed oxide, suboxide, oxynitride, metal fluoride or a polymer.
  • Pearlescent pigments consist of transparent platelets with a high refractive index and show a characteristic pearlescence when oriented parallel through multiple reflection. Such pearlescent pigments, which additionally show interference colors, are referred to as interference pigments.
  • platelet-shaped interference pigments or metallic effect pigments are preferably used as effect pigments which comprise on a platelet-shaped support at least one coating of a metal, metal oxide, Metal oxide hydrate or mixtures thereof, a metal mixed oxide, metal suboxide, metal oxynitride, metal fluoride or a polymer.
  • the metallic effect pigments preferably have at least one metal carrier or one metal layer.
  • the platelet-shaped support preferably consists of natural or synthetic mica, kaolin or another layered silicate, of glass, calcium-aluminum-borosilicate, S1O2, TiO2, Al2O3, Fe2O3, polymer platelets, graphite platelets or of metal platelets, such as, for example, aluminum, titanium, Bronze, silver, copper, gold, steel or various metal alloys.
  • platelet-shaped supports made of mica, glass, calcium-aluminum-borosilicate, graphite, S1O2, Al2O3 or of aluminum.
  • the size of the platelet-shaped carrier is not critical per se.
  • the carriers generally have a thickness between 0.01 and 5 ⁇ , in particular between 0.05 and 4.5 pm and more preferably from 0.1 to 1 pm.
  • the extension in length or width is usually from 1 to 500 ⁇ , preferably from 1 to 200 ⁇ and in particular from 5 to 125 ⁇ . They usually have an aspect ratio (ratio of the average diameter to the mean particle thickness) of 2: 1 to 25000: 1, preferably from 3: 1 to 1000: 1 and in particular from 6: 1 to 250: 1.
  • the dimensions mentioned for the platelet-shaped supports apply in principle also to the coated effect pigments used according to the invention, since the additional coatings are generally in the range of only a few hundred nanometers and thus do not significantly affect the thickness or length or width (particle size) of the pigments.
  • a coating applied to the support consists of metals, metal oxides, metal mixed oxides, metal suboxides or metal fluorides and in particular of a colorless or colored metal oxide selected from T1O2, titanium suboxides, titanium oxynitrides, Fe203, Fe304, SnOa, SbaOs, S1O2, Al2O3, ZrO2 , B2O3, CnOz, ZnO, CuO, NiO or mixtures thereof.
  • Coatings of metals are preferably made of aluminum, titanium, chromium, nickel, silver, zinc, molybdenum, tantalum, tungsten, palladium, copper, gold, platinum or alloys containing them.
  • the metal fluoride used is preferably MgF.sub.2.
  • effect pigments which have a platelet-shaped support of mica, glass, calcium-aluminum-borosilicate, graphite, SiO 2, Al 2 O 3, or of aluminum and at least one coating on the support, which consists of TiO 2, titanium suboxides, titanium oxynitrides, Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , SnO 2, Sb 2 O, S1O 2, Al 2 O 3, MgF 2, ZrO 2, B 2 O 3, Cr 2 O 3, ZnO, CuO, NiO or mixtures thereof.
  • the effect pigments can have a multilayer structure in which a plurality of layers are deposited on a metallic or non-metallic carrier. are located one above the other, which preferably consist of the aforementioned materials and have different refractive indices in such a way that in each case at least two layers of different refractive index are alternately on the support, wherein the refractive indices in the individual layers by at least 0.1 and preferably at differ by at least 0.3 from each other.
  • the layers on the support can be both colorless and colored, predominantly transparent, semi-transparent or even opaque. Depending on the carrier material used and the type of layers applied, the resulting effect pigments are therefore also colorless or have a body color, or are predominantly transparent, semitransparent or opaque. Due to the single-layer or multi-layer system on the support, they are additionally able to produce more or less intense and shiny interference colors.
  • LCPs Liquid Crystal Pigments
  • holographic pigments polymer or metal flakes can be used as effect pigments.
  • effect pigments described above can be present individually or as a mixture of two or more in the coating compositions used according to the invention (in the effect paint and optionally also in the first coating composition for the surface elements). Likewise, they may be mixed with organic and / or inorganic dyes or color pigments and / or in
  • the proportion by weight of the platelet-shaped effect pigments in the respective binder-containing coating composition is generally between 1 and 20 percent by weight, and preferably between 3 and 15 percent by weight, based on the total weight of the coating composition.
  • Suitable effect pigments are the commercially available functional pigments, interference pigments or pearlescent pigments which are marketed under the names Iriodin®, Colorstream®, Xirallic®,
  • the platelet-shaped effect pigments in the coating composition which are otherwise aligned in the coating parallel to the surface of the substrate, are directed out of alignment such that they subsequently lie at an angle to the surface of the substrate which is oblique or perpendicular to the surface of the substrate runs.
  • the shape of the two-dimensional pattern formed on the substrate by the surface elements as a basic shape of the three-dimensional pattern formed in the platelet-shaped effect pigment-containing coating composition by the effect pigments is replicated, combined with a three-dimensional effect exhibited by the previously described deflection of the platelet-shaped effect pigments is generated.
  • the visible in the coating three-dimensional pattern is thus perceptible only on the visual effects made visible by the effect pigments. It is much more pronounced than the real deflection of the platelet-shaped effect pigments at the boundary lines would expect, because a deflection of the platelet-like effect pigments from the parallel position even by only a few degrees already a significant change in their reflection properties result in optically apparent depth the three-dimensional appearing pattern noticeable.
  • effect pigments are preferably used with which visually very attractive printing results can be achieved which can not be obtained with conventional organic or inorganic dyes or color pigments alone.
  • glossy intensive interference colors, metallic effects or printed images that show a play of colors and / or impressive light / dark effects (optically variable prints) are very popular in packaging printing.
  • the glittering effect of the printed images is greater, the larger the particle size of the effect pigments.
  • Such color and gloss impressions can only be achieved with platelet-shaped effect pigments.
  • the platelet-shaped effect pigments used exhibit an optically variable behavior, this is of course in accordance with the invention
  • the patterned coating produced can be perceived not only when the viewing angle is changed over the entire coated surface, but already when viewing the surface of the coated substrate from a single viewing angle, so that the generated three-dimensional pattern appears in different colors and / or different brightness gradations.
  • the platelet-shaped effect pigments can also be used in a mixture with other, non-platelet-shaped pigments, as long as the proportion of platelet-shaped effect pigments is so large that a three-dimensional pattern produced therewith is still visible in the coating.
  • the proportion of platelet-shaped effect pigments in a coating composition containing them should correspond to at least 50%, but preferably at least 70%, of the total pigment loading of the respective coating composition.
  • the coating of the substrate with the coating composition containing platelet-like effect pigments can take place over the whole area, which is also preferred because of the simplicity of the method, at least on the surface parts of the substrate carrying the two-dimensional pattern of the surface elements. However, it may also be advantageous or desirable if the substrate is coated over part of its surface with the coating composition containing platelet-shaped effect pigments.
  • Coating to be visible Whether the full-surface or partial coating takes place depends on the desired optical effect of the finished product.
  • the coating composition containing platelet-shaped effect pigments can be applied to the pretreated substrate by any suitable coating method.
  • suitable methods are, for example, conventional coating methods, including the usual printing methods, which are usually used to produce a coating on a substrate. Particular mention may be made here of printing processes such as screen printing, gravure printing, flexographic printing, offset printing, offset overprinting, paper coating, bar coating or intaglio printing processes, but also other coating processes such as doctoring, brushing, stamping, casting, flow processes, roll or screen application methods or application by means of airbrush.
  • the present invention also provides a platelet-shaped effect pigments containing a three-dimensional appearing pattern coating on a substrate, which is prepared by the method described above. Details regarding the material composition of the usable substrates, the coating composition for the first surface-forming coating composition as well as the platelet-like effect pigments suitable according to the invention and the material composition of the latter-containing coating composition have already been explained in detail above.
  • the three-dimensional appearing pattern in the coating according to the invention is exclusively by the
  • the coating has a flat surface.
  • the three-dimensional appearing pattern obtained according to the invention in the coating represents a macroscopic pattern, wherein the individual visible in the coating surface elements have a size of at least 0.1 mm 2 , in particular of at least 1 mm 2 , but also have sizes of several hundred square centimeters can.
  • the size and external shape of the visible three-dimensional surface elements depend directly on the size and external shape of the two-dimensional surface elements formed on the substrate.
  • the present invention also relates to the use of a coating containing platelet-shaped effect pigments on one Substrate having a three-dimensional appearing pattern and produced by the method described above.
  • Decoration materials are intended to be understood as all applications which are distinguished by particular optical effects, for example commercial printed matter, calendars, jewelery sheets, advertising materials, greeting cards, offprints, wallpapers, decor papers for furniture and floor laminates and much more.
  • Such products can be greatly upgraded by the attractive three-dimensional appearing effect produced by the method according to the invention, since they simultaneously show the gloss and glitter effects as well as the optionally also optically variable properties of the platelet-shaped effect pigments used.
  • the coatings produced according to the invention and having a three-dimensional pattern can also produce optical illusions, they can also be advantageously used for the production of artifacts.
  • the coatings produced according to the invention and having a three-dimensional pattern appear to have an apparent appearance optical depth of the visible three-dimensional pattern and the optical advantages of platelet-shaped effect pigments containing coatings. Neither the substrates used nor the coatings must be embossed for this purpose.
  • the precoated and thus pre-patterned can be
  • the coatings according to the invention are therefore well suited for producing high-quality products of various kinds inexpensively and as mass products by means of simple and conventional process steps.
  • Example 1 A Sappi AlgroFiness paper coated on one side with a surface weight of 70 g / m 2 is used, which is additionally provided on the coated side with a full-surface black primer layer.
  • the substrate treated in this way has a total surface tension atotai of 41. 9 mN / m, which is composed of a disperse surface tension Odisper of 34.6 mN / m and a polar surface tension Opoiar of 7.3 mN / m.
  • the substrate is coated with a first coating composition to form a pattern of coated and uncoated patches on the substrate.
  • the coating is carried out in a gravure printing process with a gravure cylinder with a screening of 70 L / cm, MSGI, 45 ⁇ in full tone.
  • the first coating combination Settlement contains the aqueous paint Galacryl® 82.431.01 from Schmid Rhyner AG with 8% by weight, based on the coating composition, of a surface-active additive and no further ingredients. The pattern created in this way on the surface of the substrate is almost invisible.
  • the surface tension of the liquid coating composition for the first coating composition is 26.7 mN / m. After solidification of the surface elements by drying, the surface elements have a total surface tension atotai of 43.4 mN / m, which consists of a disperse surface tension Olpers of 42.4 mN / m and a polar
  • Coating composition applied (gravure printing, gravure cylinder with screening 70L / cm MSGI 45pm solid surface, printing speed 10m / min, 30 m / min, 40 m / min) and solidified by UV light.
  • the second coating composition contains the UV varnish Wessco 37.380.02 from Schmid Rhyner AG and 5% by weight, based on the coating composition, of an Iriodin® 325 interference pigment from Merck KGaA, Germany.
  • the surface tension of the supernatant of the liquid coating composition, as determined by Du Nuoy's ring method, is 20.8 mN / m.
  • the coating composition has a viscosity of 20 seconds, measured in a DIN 4 mm flow cup.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensional erscheinenden Musters in einer plättchenförmige Effektpigmente enthaltenden Beschichtung, eine derart erzeugte Beschichtung sowie deren Verwendung.

Description

Verfahren zur Herstellung eines dreidimensional erscheinenden Musters in einer Beschichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensional erscheinenden Musters in einer Beschichtung, insbesondere zur Herstellung eines direkt sichtbaren, dreidimensional erscheinenden Musters in einer plättchenförmige Effektpigmente enthaltenden Beschichtung auf einem Substrat, auf eine nach einem derartigen
Verfahren hergestellte Beschichtung sowie auf die Verwendung einer solchen Beschichtung, vorzugsweise zur Herstellung von Dekorationsmaterialien, Verpackungsmaterialien, Kunsterzeugnissen oder
Sicherheitserzeugnissen.
Dekorative dreidimensionale Muster enthaltende Beschichtungen auf Tapeten, Möbeldekorfolien oder Verpackungsmaterialien sind bekannt und werden vorzugsweise für höherwertige Güter oder luxuriöse Verpackungen eingesetzt, weil sie den sie enthaltenden Endprodukten eine besondere Ausstrahlung verleihen. Häufig werden zu diesem Zwecke die entsprechenden Substrate und/oder die darauf aufgebrachten Beschichtungen so strukturiert, dass sie eine fühlbare, dreidimensionale Oberflächenstruktur aufweisen. Dieser Effekt ist oftmals sehr erwünscht um beispielsweise Möbeldekorfolien mit Holzmaserung neben der holzähnlichen Optik auch eine entsprechende Haptik zu verleihen. Derartige Strukturierungen erfolgen in der Regel über aufwändige Prägeprozesse, die aber einen hohen apparativen Aufwand sowie erhöhte Produktionskosten erfordern. Sollen die gewünschten dreidimensionalen Muster noch spezielle Effekte wie Metallic-Effekte oder Perlglanz aufweisen, sind darüber hinaus noch Beschichtungs- und Prägemethoden erforderlich, die ohne Qualitätsverlust auch bei Beschichtungen einsetzbar sind, die entsprechende Effektpig- mente enthalten oder aus aufgedampften Effektschichten bestehen. Insbesondere für dekorative Verpackungsmaterialien ist aber seit einiger Zeit aus der WO 2012/079674 ein Verfahren bekannt, bei dem dreidimensionale Muster in Beschichtungen, die plättchenförmige Effektpigmente enthalten, erzeugt werden, indem eine fließfähige Beschichtungs- Zusammensetzung, die plättchenförmige Effektpigmente enthalten kann, auf ein Substrat aufgebracht und im noch unverfestigten Zustand mit einer Druckform für den Hochdruck, beispielsweise einer Flexod ruckform, so in Kontakt gebracht wird, dass die Hochdruckform in der noch unverfestigten Beschichtungszusammensetzung äußerst geringfügige Vertiefungen im Mikrometerbereich erzeugt, wobei die so behandelte Beschichtung anschließend einem sofortigen Verfestigungsprozeß unterworfen wird. Die durch das genannte Verfahren erhaltenen Beschichtungen weisen einen sichtbaren dreidimensionalen Effekt von hoher Brillanz und Tiefe auf, weil die geringfügige räumliche Desorientierung der Effektpigmente einen sehr gut wahrnehmbaren dreidimensionalen Effekt in der Beschichtung zur Folge hat. Das Verfahren erfordert jedoch den Transport einer noch unausgehärteten Beschichtung innerhalb einer Druckstraße von einem Lackwerk in ein anderes, wobei über längere Strecken das beschichtete Substrat in Schwingungen geraten kann und eine Führung des frisch beschichteten Substrates über Umlenkwalzen nicht möglich ist. Es wäre daher für bestimmte Anwendungsbereiche sehr vorteilhaft, ähnlich beeindruckende dreidimensionale Effekte auf Substraten erhalten zu können, bei denen vorgefertigte, gemusterte Substrate über weitere Strecken transportiert, in gewickelter Form aufbewahrt und zu jedem beliebigen Zeitpunkt mit einer dreidimensionalen Effektbeschichtung versehen werden können.
Aus dem Stand der Technik sind auch noch andere Strukturierungsver- fahren bekannt, mit denen Substrate mit dreidimensionalen Mustern versehen werden können. So ist beispielsweise aus EP 0 115 038 ein
Verfahren zur Herstellung von farbigen Dekorpapierfolien bekannt, bei dem die Folien mit einer dreidimensionalen Oberflächenstruktur versehen werden, indem eine erste Druckschicht, die ein lackabstoßendes Mittel enthält und ein Muster aufweist, mit einer Überlackierung versehen wird. Das lackabstoßende Mittel führt zu Dickenunterschieden in der Überlackierung, die letztendlich ein wahrnehmbares dreidimensionales Muster erzeugen.
Auch aus US 3,811,915 ist ein Druckverfahren bekannt, bei dem ein dreidimensionales Holzmuster dadurch erzeugt wird, dass als Musterschicht eine Druckfarbe, die neben üblichen Farbpigmenten und dem Druckfarbenvehikel eine lackabstoßende Silikonverbindung enthält, auf eine Grundierschicht aufgedruckt wird. Die darauf aufgebrachte Deckschicht weist durch die lackabstoßende Wirkung der silikonhaltigen Schicht nicht nur ein sichtbares dreidimensionales Muster mit Holzstruktur, sondern auch eine fühlbare dreidimensionale Verformung der Oberfläche der Beschichtung auf.
In US 6,150,009 ist ein Dekorationsartikel beschrieben, welcher auf einem Substrat ein Muster aus einem lackabstoßenden Material aufweist, das aus Wachs, Öl oder Silikon besteht und wobei die nicht mit dem lackabstoßen- den Material beschichteten Flächenanteile des Substrates mit einem farbigen Harz beschichtet werden, das eine größere Oberflächenspannung aufweist als das lackabstoßende Material. Da das lackabstoßende Material die nachfolgende Harzbeschichtung so abstößt, dass an den mit dem lackabstoßenden Mittel beschichteten Stellen des Substrates die Harzschicht nicht haftet, werden Lackoberflächen mit unterschiedlicher Dicke und damit fühlbarer dreidimensionaler Struktur erhalten. In der Harzschicht können plättchenförmige Effektpigmente enthalten sein.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensional erscheinenden Musters in einer Effektpigment- haltigen Beschichtung auf einem Substrat zur Verfügung zu stellen, mit dem direkt und ohne Hilfsmittel gut sichtbare, dreidimensional erschei- nende Muster in einer Beschichtung erzeugt werden können, wobei die BeSchichtung eine glatte, unverprägte Oberfläche aufweist und in der Beschichtung die optischen Effekte der eingesetzten Effektpigmente zur Geltung kommen, ein wie aus der Tiefe kommendes, attraktives dreidimen- sional erscheinendes Muster auch bei sehr geringer Schichtdicke der
Beschichtung erhältlich ist und das Verfahren einfach und in Massenproduktion mit herkömmlichen Beschichtungsmethoden auch in mehreren separaten Stufen durchgeführt werden kann. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine
Beschichtung auf einem unverprägten Substrat zur Verfügung zu stellen, wobei die Beschichtung eine glatte, unverprägte äußere Oberfläche und ein dreidimensional erscheinendes Muster, welches von plättchenförmigen Effektpigmenten gebildet wird, aufweist.
Eine zusätzliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Verwendung für derart hergestellte Beschichtungen aufzuzeigen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensional erscheinenden Musters in einer Effektpigment-haltigen Beschichtung auf einem Substrat, wobei eine Oberfläche eines Substrates, welche in Teilbereichen mit Flächenelementen versehen ist, die ein zweidimensionales Muster darstellen, mit einer plättchenförmige Effektpigmente enthaltenden Beschichtungszusammen- setzung beschichtet und diese Beschichtungszusammensetzung verfestigt wird, wobei die Teilbereiche des Substrates, die mit den Flächenelementen versehen sind und Teilbereiche des Substrates, die nicht mit den Flächenelementen versehen sind, voneinander verschiedene Oberflächenspannungen σ1 und σ2 aufweisen, und wobei die plättchenförmige Effekt- pigmente enthaltende Beschichtungszusammensetzung eine Oberflächenspannung σ3 aufweist, die geringer ist als die Oberflächenspannungen σ1 und σ2. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird außerdem gelöst durch eine plättchenförmige Effektpigmente enthaltende Beschichtung auf einem Substrat, welche ein sichtbares, dreidimensional erscheinendes Muster aufweist und nach dem vorab beschriebenen Verfahren hergestellt ist.
Des Weiteren wird die Aufgabe der Erfindung auch gelöst durch die Verwendung einer solchen Beschichtung in Dekorationsmaterialien, Verpackungsmaterialien, Kunsterzeugnissen und Sicherheitserzeugnissen.
Im Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Substrat eingesetzt, dessen Oberfläche (mindestens eine Oberfläche eines flächigen Substrates) in Teilbereichen mit Flächenelementen versehen ist, die ein zweidimensionales Muster darstellen.
Ein derart vorbehandeltes Substrat kann unmittelbar vor der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt werden, kann jedoch auch bereits vorgefertigt vorliegen. Da das eingesetzte Substrat sowie die darauf aufgebrachten Flächenelemente fest und trocken ist (sind), kann ein auf diese Weise vorgefertigtes Substrat bei Bedarf in Rollenform gelagert und transportiert werden, ohne dass Schäden an den aufgebrachten Flächenelementen zu befürchten sind.
Das zweidimensionale Muster, das durch die Flächenelemente gebildet wird, stellt an sich bereits das zweidimensionale Grundmuster für das Muster dar, welches nach der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in dreidimensionaler Gestalt vorliegen soll.
Die Flächenelemente werden durch das Aufbringen und Verfestigen einer fließfähigen ersten Beschichtungszusammensetzung auf das Substrat erzeugt. Diese Beschichtungszusammensetzung enthält mindestens ein Bindemittel, welches nach dem Aufbringen auf das Substrat durch ver- schiedene Verfahren aushärtet und/oder trocknet, kann jedoch auch Lösemittel und verschiedene Hilfsstoffe und/oder Additive enthalten.
Das Aufbringen dieser Beschichtungszusammensetzung kann mit jedem üblichen Beschichtungsverfahren erfolgen, wird aber insbesondere mittels eines üblichen Druckverfahrens aufgebracht um so die Herstellung von Massenerzeugnissen zu ermöglichen.
Als Additive kommen, neben den üblicherweise in Beschichtungszu- sammensetzungen eingesetzten Hilfsstoffen wie beispielsweise Ruß,
Füllstoffen, UV-Stabilisatoren, Inhibitoren, Flammschutzmittel, Gleitmittel, Dispergiermittel, Redispergiermittel, Entschäumer, Verlaufsmittel, Filmbildner, Haftvermittler, Trocknungsbeschleuniger, Trocknungsverzögerer, Fotoinitiatoren, etc., insbesondere auch farbgebende Pigmente oder Farbstoffe in Frage. Als Pigmente können organische oder anorganische Absorptionspigmente und/oder Effektpigmente, insbesondere plättchen- förmige Effektpigmente, eingesetzt werden. Organische und anorganische Absorptionspigmente sind, ebenso wie Farbstoffe, kommerziell in vielfältigen Ausführungen erhältlich. Da erfindungsgemäß der Einsatz solcher Farbpigmente und Farbstoffe nicht besonders limitiert ist, solange die
Oberflächenspannung der verfestigten ersten Beschichtungszusammensetzung den erfindungsgemäßen Anforderungen genügt, soll hier nicht weiter darauf eingegangen werden. Geeignete plättchenförmige Effektpigmente werden später noch beschrieben.
Erfindungsgemäß bevorzugt für das Aufbringen der Flächenelemente auf dem Substrat ist der Einsatz von üblicherweise verwendeten Primerzu- sammensetzungen, die gewöhnlich zur Vorbehandlung von Substraten wie Papier, Kartonagen, Tapeten etc. eingesetzt werden. Diese Primerzusam- mensetzungen sind kommerziell von verschiedenen Anbietern erhältlich und enthalten gewöhnlich mindestens ein Bindemittel sowie häufig auch ein Lösemittel, welches Wasser oder auch ein organisches Lösemittel oder Lösemittelgemisch sein kann.
Als Bindemittel eignen sich übliche Bindemittel oder Bindemittelsysteme, die gewöhnlicherweise in Beschichtungsverfahren verschiedenster Art eingesetzt werden, beispielsweise wässrige oder lösemittelhaltige Bindemittel auf Nitrocellulosebasis, Polyamidbasis, Acrylbasis, Polyvinyl- butyralbasis, PVC-Basis, PUR-Basis oder geeignete Gemische aus diesen, solange die damit hergestellten Flächenelemente die erfindungsgemäßen Bedingungen hinsichtlich der Oberflächenspannung erfüllen, was durch einfache Vorversuche gut ermittelbar ist. Als besonders geeignet haben sich wässrige Bindemittelsysteme auf Acrylatbasis herausgestellt, wie sie beispielsweise von der Firma Schmid Rhyner AG, Schweiz, unter der Bezeichnung GALACRYL® vertrieben werden.
Neben Wasser können auch organische Lösemittel in der ersten Beschich- tungszusammensetzung für das Aufbringen der Flächenelemente eingesetzt werden, beispielsweise verzweigte oder unverzweigte Alkohole, Aromaten oder Alkylester, wie Ethanol, 1-Methoxy-Propanol, 1-Ethoxy-2- Propanol, Ethylacetat, Butalacetat, Toluol oder diese enthaltende
Gemische. Bevorzugt wird Wasser eingesetzt. Die erste Beschichtungszu- sammensetzung kann jedoch auch arm an oder völlig frei von Lösemitteln sein. In einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform enthält die erste Beschichtungszusammensetzung keine Pigmente, insbesondere keine farbgebenden Pigmente.
In einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält die erste Beschichtungszusammensetzung Farbstoffe, Absorptionspigmente und/oder Effektpigmente, die eine farbgebende Wirkung aufweisen und damit den optisch wahrnehmbaren Farbeindruck der Flächenelemente auf dem Substrat bestimmen, da in der Regel im verfestigten Zustand farblose und transparente Bindemittelsysteme eingesetzt werden.
Während die Flächenelemente auf dem Substrat gemäß der ersten Aus- führungsform farblos sind oder im besten Falle als weißlicher Belag auf dem Substrat wahrgenommen werden, weisen die Flächenelemente der zweiten Ausführungsform eine sichtbare Farbgebung auf, die von den eingesetzten Farbstoffen und/oder Pigmenten und deren Wechselwirkungen untereinander bestimmt ist.
Erfindungsgemäß ist keine der genannten Ausführungsformen besonders bevorzugt. Vielmehr ist es von der gewünschten Farbgebung des dreidimensional erscheinenden Musters abhängig, ob für das Aufbringen der Flächenelemente auf dem Substrat die erste oder die zweite Ausführungs- form der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommt.
Als Substrat werden übliche flächige Substrate, die sich mit üblichen Beschichtungsmethoden beschichten lassen, eingesetzt, zum Beispiel Papier verschiedenster Qualität, Kartonagen, Tapeten, Laminate, Tissue- Materialien, Holz, Kunststoffkörper, Kunststofffolien, Metallkörper, Metallfolien, Glas oder Materialien, die Bestandteile aus mehreren dieser Stoffe enthalten. Die Substrate können optional elektrostatisch oder durch
Aufbringen von Grundier- oder Satinierschichten vorbehandelt sein. Oftmals weisen übliche Grundier- oder Satinierschichten eine helle oder weiße Farbgebung auf. Solcherart vorbeschichtete Substrate sind an sich als Substrate für den Einsatz im erfindungsgemäßen Verfahren geeignet, allerdings sind die damit erzielbaren dreidimensional erscheinenden
Effekte in der Beschichtung subtil und nicht sehr ausgeprägt wahrnehmbar.
Vorzugsweise weisen daher die Substrate eine schwarze, dunkle oder farbige Oberfläche auf. Diese Farbgebung des Substrates kann je nach eingesetztem Substratmaterial und beabsichtigtem Verwendungszweck des fertigen Produktes entweder durch Masseeinfärbung des Substratmaterials, beispielsweise bei Kunststofffolien, oder mittels Beschichten des Substrates mit einer schwarzen, dunklen oder farbigen Beschichtung er- halten werden. Letztere kann zusätzlich oder alternativ zu Grundier- oder Satinierschichten aufgebracht werden. Unter einer dunklen Beschichtung sind zum Beispiel graue, braune, blaue, rote, violette oder grüne Beschich- tungen zu verstehen, die nur eine geringe Helligkeit aufweisen, also gemeinhin als dunkelgrau, dunkelbraun, dunkelblau, dunkelrot, dunkelviolett oder dunkelgrün bezeichnet werden. Sie können, genau wie farbige Be- schichtungen, durch den Zusatz üblicher Farbmittel zu entsprechenden Be- schichtungszusammensetzungen, wahlweise in Kombination mit Ruß oder anderen schwarzen Farbmitteln, erhalten werden. Vorzugsweise ist die gesamte zu beschichtende Oberfläche des Substrates mit einer solchen schwarzen, dunklen oder, alternativ, farbigen Beschichtung versehen.
In einem dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgelagerten Schritt werden Teilbereiche einer Oberfläche eines vorab beschriebenen Substrates durch das Aufbringen einer ersten Beschichtungszusammensetzung, die vorzugs- weise eine Primerzusammensetzung ist, mit Flächenelementen beschichtet und die Beschichtung verfestigt. Diese Flächenelemente bilden auf dem Substrat ein zweidimensionales Muster aus. Dabei kann jedes der Flächenelemente an sich bereits ein Muster darstellen und/oder die Gesamtheit oder Teile der Flächenelemente können miteinander ein Muster darstellen. Dabei kommt es auf die Art des Musters nicht an, es kann sich beispielsweise um ein Phantasiemuster, ein Zufallsmuster, ein Punkt- oder Strichmuster, ein alphanumerisches Muster, ein Muster aus konkreten Objekten oder eine Kombination aus zwei oder mehreren davon handeln. Erfindungsgemäß ist von Bedeutung, dass sich die Flächenelemente, die ein zweidimensionales Muster darstellen, lediglich auf Teilbereichen des Substrates befinden und dass darüber hinaus weitere Teilbereiche des Substrates vorhanden sind, die nicht mit den Flächenelementen beschichtet sind, wobei Teilbereiche, die mit Flächenelementen beschichtet sind und Teilbereiche, die nicht mit Flächenelementen beschichtet sind, einander benachbart sind, so dass sich zwischen beiden Arten von Teil- bereichen Grenzlinien ausbilden. Das durch die Flächenelemente gebildete zweidimensionale Muster liegt also in regelmäßiger, unregelmäßiger oder statistischer Verteilung auf der Oberfläche des Substrates vor und kann sowohl auf einen Teilbereich des Substrates beschränkt sein, also zum Beispiel mittig gelagert sein, als auch über die gesamte Oberfläche des Substrates ausgedehnt vorliegen.
Das durch die Flächenelemente gebildete zweidimensionale Muster stellt ein makroskopisches Muster dar, wobei die einzelnen Flächenelemente eine Größe von mindestens 0,1 mm2 , insbesondere von mindestens 1 mm2, aufweisen, aber, je nach Beschichtungstechnologie, auch Größen von mehreren Hundert Quadratzentimetern aufweisen können.
Die Flächenelemente weisen im verfestigten Zustand lediglich eine geringe Schichtdicke im Bereich von 0,5 bis 10 pm, insbesondere von 1 bis 5 pm, auf.
Erfindungsgemäß ist es wesentlich, dass die Oberflächenspannung σ1 des Substrates (welches vorbehandelt und/oder schwarz, dunkel oder farbig vorbeschichtet sein kann, nachfolgend jedoch als unbeschichtetes Substrat bezeichnet wird) im festen Zustand und die Oberflächenspannung der
Flächenelemente σ2, ebenfalls im festen Zustand, voneinander verschiedene Werte, ausgedrückt in der Maßeinheit mN/m, aufweisen.
Zur Bestimmung der Oberflächenspannung der verschiedenen Teilbereiche des mit den Flächenelementen versehenen Substrates kann jedes gebräuchliche, sich für die Bestimmung von Oberflächenspannungen an festen Oberflächen eignende Verfahren eingesetzt werden, solange für die Bestimmung der Oberflächenspannungen jeweils das gleiche Verfahren eingesetzt wird, so dass die erhaltenen Werte der Oberflächenspannungen σ1 und o2 miteinander direkt vergleichbar sind. Besonders gut geeignet sind Verfahren, mit deren Hilfe sich die totale Oberflächenspannung, aber auch der disperse und polare Anteil an der totalen Oberflächenspannung bestimmen lässt, wobei für jede Teilfläche die Beziehung
Gtotal = üdispers+üpolar gilt.
Gut geeignet ist hierfür beispielsweise das Verfahren nach Owens, Wendt, Rabel und Kaelbe.
Es ist erfindungsgemäß nicht von besonderer Bedeutung, ob die nicht mit den Flächenelementen beschichteten Teilbereiche des Substrates oder die mit den Flächenelementen beschichteten Teilbereiche des Substrates die nominell höhere Oberflächenspannung aufweisen. Erfindungswesentlich ist, das zwischen den beschichteten oder den unbeschichteten Teilbereichen des Substrates ein meßbarer Unterschied zwischen den jeweiligen totalen Oberflächenspannungen otoiai vorliegt und dass dieser Unterschied mindestens 1 mN/m beträgt. Der Unterschied zwischen den totalen Oberflächenspannungen kann 1 bis 20 mN/m, vorzugsweise 1 bis 10 mN/m und besonders bevorzugt 1 bis 5 mN/m betragen.
Besonders bevorzugt ist die totale Oberflächenspannung auf den mit den Flächenelementen beschichteten Teilbereichen des Substrates größer als die totale Oberflächenspannung auf den unbeschichteten Teilbereichen des Substrates.
Insbesondere ist es bevorzugt, wenn neben einem Unterschied an den totalen Oberflächenspannungen auch ein meßbarer Unterschied zwischen den jeweiligen polaren Oberflächenspannungen öpoiar der beschichteten und unbeschichteten Teilbereiche des Substrates vorhanden ist. Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn der Unterschied zwischen den jeweiligen polaren Anteilen der Oberflächenspannungen al poiar und a2p0iar
zahlenmäßig größer ist als der Unterschied zwischen den jeweiligen totalen Oberflächenspannungen altotai und a2totai, ausgedrückt in mN/m. Letzteres kann beispielsweise gezielt eingestellt werden, indem in der Beschichtungszusammensetzung für die Beschichtung der Flächenelemente ein oberflächenaktives Mittel zugesetzt wird, welches den polaren Anteil an der totalen Oberflächenspannung der festen Oberflächenelemente verringert. Dieser Zusatz übt auf die nominelle totale Oberflächenspannung, die nach dem Verfestigen der Flächenelemente erhalten wird, einen deutlich geringeren Einfluss aus als auf den polaren Anteil an der totalen Oberflächenspannung dieser Teilbereiche. Der Unterschied zwischen den polaren Oberflächenspannungen o1p0iar und o2p0iar liegt erfindungsgemäß ebenfalls im Bereich von 1 bis 20 mN/m, bevorzugt jedoch im Bereich von 5 bis 10 mN/m, und ist insbesondere größer als der Unterschied zwischen den totalen Oberflächenspannungen σ1 total und o2totai.
Die flüssige bzw. fließfähige erste Beschichtungszusammensetzung, die für das Aufbringen der Flächenelemente auf das Substrat eingesetzt wird, weist jedoch in jedem Falle eine Oberflächenspannung o2a auf, die geringer ist als die Oberflächenspannung σ1 (o1 total) des unbeschichteten Substrates, um eine gute Verteilung der Beschichtungszusammensetzung auf dem Substrat, eine scharfe Begrenzung der zu erzeugenden Flächenelemente sowie deren gute Haftung auf dem Substrat zu erzielen. Die Bestimmung der Oberflächenspannung o2a erfolgt in gleicher Weise wie die Bestimmung der Oberflächenspannung σ3, die nachfolgend beschrie- ben wird.
Das als Basis für das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzte Substrat weist auf mindestens einer seiner Oberflächen also ein sichtbares oder nahezu unsichtbares zweidimensionales Muster auf, welches aus mit Flächenelementen beschichteten Teilbereichen der Oberfläche besteht und Grenzlinien zu nicht beschichteten Teilflächen der Oberfläche des Substrates aufweist, wobei die Oberflächenspannung σ1 der nicht beschich- teten Teilflächen von der Oberflächenspannung o2 der mit den Flächenelementen beschichteten Teilflächen verschieden ist.
Mit σ1 und o2 sind jeweils die totalen Oberflächenspannungen σ1 total und o2totai gemeint.
Auf das derart vorbereitete Substrat wird nun eine plättchenförmige Effektpigmente enthaltende Beschichtungszusammensetzung aufgebracht, deren Oberflächenspannung σ3, ausgedrückt in mN/m, geringer ist als die Oberflächenspannungen σ1 und o2 (σ1 total und o2totai).
Es ist hier zu beachten, dass die Oberflächenspannung σ3 mit Hilfe einer anderen Methode ermittelt werden muss als die Oberflächenspannungen σ1 und σ2, weil es sich bei der Oberflächenspannung σ3 um den Wert in einer fließfähigen Beschichtungszusammensetzung handelt. Zur Ermittlung der Oberflächenspannungen von flüssigen Systemen stehen dem Fachmann verschiedene Methoden zur Verfügung, beispielsweise die Ring- Methode nach Du Nouy, die Methode des hängenden Tropfens und verschiedene andere. Die erfindungsgemäß angegebenen Oberflächenspannungen σ3 werden aus dem Überstand der Beschichtungszusam- mensetzung nach dem Absetzen der plättchenförmigen Effektpigmente mit der Ring-Methode nach Du Nouy ermittelt.
Die Oberflächenspannung der plättchenförmige Effektpigmente enthaltenden Beschichtungszusammensetzung σ3 ist erfindungsgemäß auch geringer als die mit Hilfe der gleichen Methode ermittelte Oberflächenspannung o2a der ersten Beschichtungszusammensetzung, die zur Herstellung der Flächenelemente eingesetzt wird. Die Differenz in den Oberflächenspannungen der Beschichtungszusammensetzungen ermöglicht eine gute Verteilung der plättchenförmige Effektpigmente ent- haltenden Beschichtungszusammensetzung und deren gute Haftung sowohl auf den mit Flächenelementen versehenen Teilbereichen als auch auf den unbeschichteten Teilbereichen des Substrates. Die Differenz zwischen den Oberflächenspannungen der beiden Be- schichtungszusammensetzungen o2a und σ3 (o2a-o3) liegt
erfindungsgemäß im Bereich von 1 bis 12 mN/m, vorzugsweise im Bereich von 3 bis 8 mN/m und insbesondere im Bereich von 4 bis 7 mN/m.
Die plättchenförmige Effektpigmente enthaltende Beschichtungszusam- mensetzung, nachfolgend auch als Effektlack bezeichnet, enthält mindestens ein Bindemittel sowie mindestens eine Art an plättchenförmigen Effektpigmenten. Auch die vorab bereits beschriebenen Hilfsstoffe und Additive können im Effektlack enthalten sein. Als Bindemittel können ebenfalls die bereits vorab für die erste Beschichtungszusammensetzung genannten Bindemittelsysteme eingesetzt werden, wobei darauf zu achten ist, dass die Oberflächenspannung σ3 des Effektlackes geringer sein muss als die Oberflächenspannung o2a der ersten Beschichtungszusam- mensetzung. Daher müssen die Inhaltsstoffe des Effektlackes so ausgewählt werden, dass sie den erfindungsgemäßen Bedingungen entsprechen. Die Oberflächenspannungen der beiden Beschichtungszusam- mensetzungen können nach den vorab beschriebenen Verfahren in Vorversuchen leicht ermittelt werden.
Für den Effektlack können erfindungsgemäß sowohl lösemittelhaltige, wässrige als auch strahlenhärtende Lacksysteme ausgewählt werden. Bevorzugt ist jedoch der Einsatz strahlenhärtender Lacke, insbesondere UV-härtender Lacke, da diese sehr schnell ausgehärtet werden können. Hier sind insbesondere solche Lacksysteme vorteilhaft einsetzbar, die relativ niedrige Viskositäten aufweisen. Erfindungsgemäß besonders geeignet sind UV-härtende Acryllacke, die beispielsweise von der Firma Schmid Rhyner AG, Schweiz, unter der Bezeichnung WESSCO® kommerziell angeboten werden. Von diesen sind ebenfalls Lacksysteme mit vergleichsweise niedriger Viskosität, z. B. einer nach DIN EN ISO 2431 im 4mm Auslaufbecher bei 23°C bestimmten Viskosität von < 30 sec, bevorzugt. Der Effektlack enthält darüber hinaus auch plättchenförmige Effektpigmente. Dabei wird die konkrete Art an plättchenförmigen Effektpigmenten oder gegebenenfalls Gemische verschiedener Effektpigmente durch die gewünschten optischen Wirkungen des resultierenden dreidimensional erscheinenden Musters in der Beschichtung sowie optional auch von
Farbmitteln, die in den sich auf dem Substrat befindlichen Flächeneinheiten bereits enthalten sind, bestimmt.
Als plättchenförmige Effektpigmente können in der plättchenförmige Effektpigmente enthaltenden Beschichtungszusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung Pigmente eingesetzt werden, die ausgewählt sind aus der Gruppe Perlglanzpigmente, Interferenzpigmente, Metalleffektpigmente, Flüssigkristallpigmente (Liquid Crystal Pigmets), plättchenförmige funktionelle Pigmente, plättchenförmige strukturierte Pigmente, oder ein Gemisch aus zwei oder mehreren von diesen.
Diese Effektpigmente sind aus einer oder mehreren Schichten aus gegebenenfalls unterschiedlichen Materialien aufgebaut und liegen plättchenförmig vor.
Als plättchenförmig werden Pigmente oder Trägermaterialien bezeichnet, wenn ihre äußere Form einem flachen Gebilde entspricht, welches mit seiner Ober- und Unterseite zwei annähernd parallel zueinander stehende Oberflächen aufweist, deren Ausdehnung in Länge und Breite die größte Ausdehnung des Pigmentes oder des Trägermaterials darstellt. Der Abstand zwischen den genannten Oberflächen, der die Dicke des Plättchens darstellt, weist dagegen eine geringere Ausdehnung auf.
Bevorzugt weisen diese Pigmente einen plättchenförmigen Träger auf, welcher optional mindestens eine Beschichtung aus einem Metall, Metalloxid, Metalloxidhydrat oder deren Gemischen, einem Metallmischoxid, - suboxid, -oxinitrid, Metallfluorid oder einem Polymer umfasst. Perlglanzpigmente bestehen aus transparenten Plättchen mit hoher Brechzahl und zeigen bei paralleler Orientierung durch Mehrfachreflexion einen charakteristischen Perlglanz. Solche Perlglanzpigmente, die zusätzlich auch Interferenzfarben zeigen, werden als Interferenzpigmente bezeichnet.
Obwohl natürlich auch klassische Perlglanzpigmente wie TiO2-Plättchen, basisches Bleicarbonat, BiOCI-Pigmente oder Fischsilberpigmente prinzipiell geeignet sind, werden als Effektpigmente im Sinne der Erfindung vorzugsweise plättchenförmige Interferenzpigmente oder Metalleffektpigmente eingesetzt, welche auf einem plättchenförmigen Träger mindestens eine Beschichtung aus einem Metall, Metalloxid, Metalloxidhydrat oder deren Gemischen, einem Metallmischoxid, Metallsuboxid, Metalloxinitrid, Metallfluorid oder einem Polymer aufweisen.
Die Metalleffektpigmente weisen bevorzugt mindestens einen Metallträger oder eine Metallschicht auf.
Der plättchenförmige Träger besteht vorzugsweise aus natürlichem oder synthetischem Glimmer, Kaolin oder einem anderen Schichtsilikat, aus Glas, Calcium-Aluminium-Borosilikat, S1O2, TiO2, AI2O3, Fe2O3, Polymer- plättchen, Graphitplättchen oder aus Metallplättchen, wie beispielsweise aus Aluminium, Titan, Bronze, Silber, Kupfer, Gold, Stahl oder diversen Metalllegierungen.
Besonders bevorzugt sind plättchenförmige Träger aus Glimmer, Glas, Calcium-Aluminium-Borosilikat, Graphit, S1O2, AI2O3, oder aus Aluminium.
Die Größe des plättchenförmigen Trägers ist an sich nicht kritisch. Die Träger weisen in der Regel eine Dicke zwischen 0,01 und 5 μιτι, insbesondere zwischen 0,05 und 4,5 pm und besonders bevorzugt von 0,1 bis 1 pm auf. Die Ausdehnung in der Länge bzw. Breite beträgt üblicherweise von 1 bis 500 μητι, vorzugsweise von 1 bis 200 μηη und insbesondere von 5 bis 125 μητι. Sie besitzen in der Regel ein Aspektverhältnis (Verhältnis des mittleren Durchmessers zur mittleren Teilchendicke) von 2:1 bis 25000:1 , vorzugsweise von 3:1 bis 1000:1 und insbesondere von 6:1 bis 250:1.
Die genannten Maße für die plättchenförmigen Träger gelten prinzipiell auch für die erfindungsgemäß verwendeten beschichteten Effektpigmente, da die zusätzlichen Beschichtungen in der Regel im Bereich von nur wenigen Hundert Nanometern liegen und damit die Dicke oder Länge bzw. Breite (Teilchengröße) der Pigmente nicht wesentlich beeinflussen.
Bevorzugt besteht eine auf dem Träger aufgebrachte Beschichtung aus Metallen, Metalloxiden, Metallmischoxiden, Metallsuboxiden oder Metall- fluoriden und insbesondere aus einem farblosen oder farbigen Metalloxid, ausgewählt aus T1O2, Titansuboxiden, Titanoxinitriden, Fe203, Fe304, SnOa, SbaOs, S1O2, AI2O3, Zr02, B2O3, CnOz, ZnO, CuO, NiO oder deren Gemischen.
Beschichtungen aus Metallen sind vorzugsweise aus Aluminium, Titan, Chrom, Nickel, Silber, Zink, Molybdän, Tantal, Wolfram, Palladium, Kupfer, Gold, Platin oder diese enthaltenden Legierungen.
Als Metallfluorid wird bevorzugt MgF2 eingesetzt.
Besonders bevorzugt sind Effektpigmente, welche einen plättchenförmigen Träger aus Glimmer, Glas, Calcium-Aluminium-Borosilikat, Graphit, S1O2, AI2O3, oder aus Aluminium und mindestens eine Beschichtung auf dem Träger aufweisen, welche aus TiO2, Titansuboxiden, Titanoxinitriden, Fe203, Fe3O4, Sn02, Sb2Os, S1O2, AI2O3, MgF2, ZrO2, B2Ü3, Cr2O3, ZnO, CuO, NiO oder deren Gemischen ausgewählt ist.
Die Effektpigmente können einen Mehrschichtaufbau aufweisen, bei dem sich auf einem metallischen oder nichtmetallischen Träger mehrere Schich- ten übereinander befinden, die vorzugsweise aus den vorab genannten Materialien bestehen und verschiedene Brechzahlen in der Art aufweisen, dass sich jeweils mindestens zwei Schichten unterschiedlicher Brechzahl abwechselnd auf dem Träger befinden, wobei sich die Brechzahlen in den einzelnen Schichten um wenigstens 0,1 und bevorzugt um wenigstens 0,3 voneinander unterscheiden. Dabei können die auf dem Träger befindlichen Schichten sowohl farblos als auch farbig, überwiegend transparent, semitransparent oder auch opak sein. Je nach verwendetem Trägermaterial und Art der aufgebrachten Schichten sind damit auch die erhaltenen Effektpigmente farblos oder weisen eine Körperfarbe auf, bzw. sind überwiegend transparent, semitransparent oder opak. Durch das Ein- oder Mehrschichtsystem auf dem Träger sind sie aber zusätzlich in der Lage, mehr oder weniger intensive und glänzende Interferenzfarben zu erzeugen.
Ebenso können die sogenannten LCPs (Liquid Crystal Pigments), die aus vernetzten, orientierten, cholesterischen Flüssigkristallen bestehen, oder aber auch als holographische Pigmente bezeichnete Polymer- oder Metallplättchen als Effektpigmente eingesetzt werden.
Die vorab beschriebenen Effektpigmente können in den erfindungsgemäß eingesetzten Beschichtungszusammensetzungen (im Effektlack sowie optional auch in der ersten Beschichtungszusammensetzung für die Flächenelemente) einzeln oder als Gemisch von zwei oder mehreren vorhanden sein. Ebenso können sie im Gemisch mit organischen und/oder anorganischen Farbstoffen oder Farbpigmenten und/oder auch in
Gemischen mit unbeschichtetem Glimmer eingesetzt werden. Dabei beträgt der Gewichtsanteil der plättchenförmigen Effektpigmente in der jeweiligen, bindemittelhaltigen Beschichtungszusammensetzung im allgemeinen zwischen 1 und 20 Gewichtsprozent und vorzugsweise zwischen 3 und 15 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht der Beschichtungszusammensetzung.
Als Effektpigmente können beispielsweise die im Handel erhältlichen funktionellen Pigmente, Interferenzpigmente oder Perlglanzpigmente, welche unter den Bezeichnungen Iriodin®, Colorstream®, Xirallic®,
Miraval®, Ronastar®, Biflair®, Minatec®, Iriotec®, Lustrepak®,
Colorcrypt®, Colorcode® und Securalic® oder Meoxal® von der Firma Merck KGaA angeboten werden, Mearlin® der Firma Mearl, Metalleffekt- pigmente der Firma Eckart sowie optisch variable Effektpigmente wie beispielsweise Variochrom® der Firma BASF, Chromafflair® der Firma Flex Products Inc., Helicone® der Firma Wacker, holographische Pigmente der Firma Spectratec sowie andere kommerziell erhältliche Effektpigmente eingesetzt werden.
Für den Erfolg der vorliegenden Erfindung sind die einzelnen Farb- und/oder Glanzeffekte, die durch die Effektpigmente erzielt werden können, an sich nicht ausschlaggebend. Vielmehr wird der erfindungsgemäße Erfolg durch die Veränderung des optisch wahrnehmbaren
Effektes der plättchenförmigen Effektpigmente an den Stellen der Be- schichtung erzielt, bei denen die plättchenförmige Effektpigmente enthaltende Beschichtungszusammensetzung auf die Grenzlinien zwischen den das zweidimensionale Muster ausbildenden Flächenelementen auf dem Substrat und dem unbeschichteten Substrat trifft. An diesen Grenzlinien werden die plättchenförmigen Effektpigmente in der Beschichtungszusammensetzung, die ansonsten in der Beschichtung parallel zur Oberfläche des Substrates ausgerichtet vorliegen, derart aus ihrer Ausrichtung gelenkt, dass sie nachfolgend in einem Winkel zur Oberfläche des Substrates liegen, der schräg oder senkrecht zur Oberfläche des Substrates verläuft. Obwohl die Ursache dieser Pigmentauslenkung nicht vollständig geklärt ist, wird vermutet, dass die Auslenkung der Pigmente aus ihrer üblichen Vorzugsrichtung durch die Unterschiede der Oberflächenspannungen der Flächenelemente und des unbeschichteten Substrates an den Grenzlinien erfolgt. Dadurch wird die Form des zweidimensionalen Musters, welches auf dem Substrat durch die Flächenelemente gebildet wird, als Grundform des dreidimensionalen Musters, das in der plättchenförmige Effektpigmen- te enthaltenden Beschichtungszusammensetzung durch die Effektpigmente gebildet wird, repliziert, kombiniert mit einem dreidimensionalen Effekt, der durch die vorab beschriebene Auslenkung der plättchenförmigen Effektpigmente erzeugt wird. Das in der Beschichtung sichtbare dreidimensionale Muster ist damit lediglich über die durch die Effektpigmente sichtbar gemachten optischen Effekte wahrnehmbar. Es ist dabei deutlich ausgeprägter als es die reale Auslenkung der plättchenförmigen Effektpigmente an den Grenzlinien erwarten ließe, weil eine Auslenkung der plättchenförmigen Effektpigmente aus der parallelen Lage auch um nur wenige Winkelgrade bereits eine deutliche Änderung ihrer Reflexionseigenschaften zur Folge hat, die sich optisch als scheinbare Tiefe des dreidimensional erscheinenden Musters bemerkbar macht. Selbstverständlich werden aber bevorzugt Effektpigmente eingesetzt, mit denen optisch sehr ansprechende Druckergebnisse erzielt werden können, die mit klassischen organischen oder anorganischen Farbstoffen oder Farbpigmenten allein nicht erhalten werden können. So sind gerade im Verpackungsdruck glänzende intensive Interferenzfarben, Metallic-Effekte oder Druckbilder, die beim Abkippen ein Farbspiel und/oder eindrucksvolle Hell/Dunkel-Effekte zeigen (optisch variable Drucke), sehr begehrt. Dabei ist oft der Glitzereffekt der Druckbilder um so größer, je größer die Teilchengröße der Effektpigmente ist. Solche Färb- und Glanzeindrücke lassen sich nur mit plättchenförmigen Effektpigmenten erzielen.
Zeigen die eingesetzten plättchenförmigen Effektpigmente ein optisch variables Verhalten, ist dieses selbstverständlich in der erfindungsgemäß hergestellten gemusterten Beschichtung nicht nur dann wahrnehmbar, wenn der Betrachtungswinkel gegenüber der gesamten beschichteten Oberfläche geändert wird, sondern bereits bei Betrachtung der Oberfläche des beschichteten Substrates aus einem einzigen Betrachtungswinkel, so dass das erzeugte dreidimensionale Muster in verschiedenen Farben und/oder verschiedenen Helligkeitsabstufungen erscheint.
Die plättchenförmigen Effektpigmente können auch im Gemisch mit anderen, nicht plättchenförmigen Pigmenten eingesetzt werden, solange der Anteil an plättchenförmigen Effektpigmenten so groß ist, dass ein damit erzeugtes dreidimensionales Muster in der Beschichtung noch sichtbar ist. Dafür sollte der Anteil an plättchenförmigen Effektpigmenten in einer sie enthaltenden Beschichtungszusammensetzung mindestens 50 %, vorzugsweise jedoch mindestens 70 % der gesamten Pigmentbeladung der jewei- ligen Beschichtungszusammensetzung entsprechen.
Die Beschichtung des Substrates mit der plättchenförmige Effektpigmente enthaltenden Beschichtungszusammensetzung kann vollflächig erfolgen, was wegen der Einfachheit des Verfahrens auch bevorzugt ist, zumindest auf den Flächenteilen des Substrates, die das zweidimensionale Muster aus den Flächenelementen tragen. Es kann aber durchaus auch vorteilhaft oder gewünscht sein, wenn das Substrat teilflächig mit der plättchenförmige Effektpigmente enthaltenden Beschichtungszusammensetzung beschichtet wird. Bei einer teilflächigen Beschichtung ist jedoch darauf zu achten, dass zumindest ein Teil der Grenzlinien, die zwischen den Teilbereichen des Substrates, welche mit den Flächenelementen versehen sind und den Teilbereichen des Substrates, welche nicht mit den Flächenelementen versehen sind, ausgebildet sind, mit der plättchenförmige Effektpigmente enthaltenden Beschichtungszusammensetzung beschichtet werden, und zwar in der Art, dass die Grenzlinien überlappend beschichtet sind und damit auch der an die Grenzlinien angrenzende Bereich des benachbarten Teilbereiches beschichtet wird. Diese Grenzlinien-überlap- pende Beschichtung ist notwendig, um das von den plättchenförmigen Effektpigmenten erzeugte dreidimensionale Muster in der finalen
Beschichtung sichtbar werden zu lassen. Ob die vollflächige oder teilflächige Beschichtung erfolgt, ist von der gewünschten optischen Wirkung des fertigen Produktes abhängig.
Die plättchenförmige Effektpigmente enthaltende Beschichtungszusam- mensetzung kann auf das vorbehandelte Substrat mit jedem geeigneten Beschichtungsverfahren aufgebracht werden. Geeignete Verfahren sind beispielsweise übliche Beschichtungsverfahren, einschließlich der gebräuchlichen Druckverfahren, die gewöhnlich zur Herstellung einer Beschichtung auf einem Substrat herangezogen werden. Hier sind insbesondere Druckverfahren wie Siebdruck, Tiefdruck, Flexodruck, Offsetdruck, Offsetüberdrucklackierungsverfahren, Papierbeschichtungs- verfahren, Bar-Coating, oder Intagliodruckverfahren zu nennen, aber auch andere Beschichtungsverfahren wie Rakeln, Streichen, Stempeln, Gießen, Fließverfahren, Walzen- oder Rasterauftragsverfahren oder Auftragen mittels Luftbürste.
Besonders bevorzugt werden Druckverfahren, insbesondere ein Flexo- druckverfahren oder ein Tiefdruckverfahren, eingesetzt. Selbst bei den mittels dieser Verfahren erhältlichen geringen Schichtdicken der verfestigten Beschichtung im Bereich weniger Mikrometer (1-20 pm, vorzugsweise 2-10 pm) ist das erfindungsgemäß erzeugte, dreidimensional erscheinende Muster in der Beschichtung klar erkennbar und optisch attraktiv.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch eine plättchenförmige Effektpigmente enthaltende, ein dreidimensional erscheinendes Muster aufweisende Beschichtung auf einem Substrat, die nach dem vorab beschriebenen Verfahren hergestellt ist. Details in Bezug auf die stoffliche Zusammensetzung der einsetzbaren Substrate, der Beschichtungszusammensetzung für die erste, die Flächenelemente bildende Beschichtungszusammensetzung sowie in Bezug auf die erfindungsgemäß geeigneten plättchenförmigen Effektpigmente und die stoffliche Zusammensetzung der letztere enthaltenden Beschichtungszusammensetzung sind vorab bereits ausführlich erläutert worden.
Wie vorab bereits angedeutet, wird das dreidimensional erscheinende Muster in der erfindungsgemäßen Beschichtung ausschließlich durch die
Orientierung der enthaltenen plättchenförmigen Effektpigmente in verschiedenen Winkeln, relativ zur Oberfläche des Substrates, erzeugt. Dabei verstärkt das durch die nicht-parallele Ausrichtung der plättchenförmigen Effektpigmente an den Grenzlinien der Flächenelemente veränderte Reflexionsverhalten der Effektpigmente den optisch wahrnehmbaren dreidimensionalen Effekt erheblich. Weder das Substrat noch die darauf aufgebrachten Beschichtungen sind dabei dreidimensional verformt.
Insbesondere weist die Beschichtung eine plane Oberfläche auf. Das erfindungsgemäß in der Beschichtung erhaltene dreidimensional erscheinende Muster stellt ein makroskopisches Muster dar, wobei die einzelnen in der Beschichtung sichtbaren Flächenelemente eine Größe von mindestens 0,1 mm2 , insbesondere von mindestens 1 mm2, aufweisen, aber auch Größen von mehreren Hundert Quadratzentimetern aufweisen können. Dabei hängt die Größe und äußere Form der sichtbaren, dreidimensional erscheinenden Flächenelemente direkt von der Größe und äußeren Form der auf dem Substrat ausgebildeten zweidimensionalen Flächenelemente ab. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch die Verwendung einer plättchenförmige Effektpigmente enthaltenden Beschichtung auf einem Substrat, welche ein dreidimensional erscheinendes Muster aufweist und nach dem vorab beschriebenen Verfahren hergestellt ist.
Da sich das vorab beschriebene Verfahren, insbesondere wenn zum
Aufbringen der Beschichtungszusammensetzungen Druckverfahren eingesetzt werden, in besonderer Weise für die Herstellung von Massenprodukten eignet, ist die Verwendung der so erzeugten Beschichtungen in Dekorationsmaterialien, Verpackungsmaterialien, Kunsterzeug nissen oder Sicherheitserzeugnissen von besonderem ökonomischen Vorteil.
Unter Dekorationsmaterialien sollen alle Anwendungen verstanden werden, die sich durch besondere optische Effekte auszeichnen, beispielsweise Akzidenzdrucksachen, Kalender, Schmuckblätter, Werbematerialien, Glückwunschkarten, Sonderdrucke, Tapeten, Dekorpapiere für Möbel- und Fußbodenlaminate und vieles mehr. Solche Produkte können durch den mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugten attraktiven dreidimensional erscheinenden Effekt eine große Aufwertung erfahren, da sie gleichzeitig auch die Glanz- und Glittereffekte sowie die gegebenenfalls auch optisch variablen Eigenschaften der eingesetzten plättchenförmigen Effektpigmente zeigen.
Gleiches trifft auf jede Art von Verpackungsmaterialien sowie auf Sicherheitserzeugnisse zu, die neben funktionellen Merkmalen auch optisch gut wahrnehmbare Effekte von hoher Attraktivität zeigen sollen.
Da die erfindungsgemäß hergestellten, ein dreidimensional erscheinendes Muster aufweisenden Beschichtungen auch optische Illusionen erzeugen können, sind sie auch für die Herstellung von Kunsterzeugnissen vorteilhaft einsetzbar.
Insgesamt weisen die erfindungsgemäß hergestellten, ein dreidimensional erscheinendes Muster aufweisenden Beschichtungen eine scheinbare optische Tiefe des sichtbaren dreidimensionalen Musters sowie die optischen Vorteile von plättchenförmige Effektpigmente enthaltenden Be- schichtungen auf. Weder die eingesetzten Substrate noch die Beschich- tungen müssen zu diesem Zwecke eine Verprägung erfahren. Darüber hinaus lassen sich die vorbeschichteten und damit vorgemusterten
Substrate auch in Rollenform lagern und über längere Strecken transportieren, was zu einer hohen Flexibilität an Produktionsstandorten und möglichen Auftragsverfahren führt. Die erfindungsgemäßen Beschich- tungen sind daher gut geeignet, hochwertig erscheinende Produkte verschiedenster Art mit Hilfe einfacher und üblicher Verfahrensschritte kostengünstig und als Massenprodukte herzustellen.
Die vorliegende Erfindung soll nachfolgend an Hand von Beispielen näher erläutert, nicht jedoch auf diese reduziert werden.
Beispiele Beispiel 1 : Es wird ein einseitig gestrichenes Papier vom Typ Sappi AlgroFiness mit einem Flächengewicht von 70g/m2 eingesetzt, welches auf der gestrichenen Seite zusätzlich mit einer vollflächigen schwarzen Grundierschicht versehen ist. Das so behandelte Substrat weist eine totale Oberflächenspannung atotai von 41 ,9 mN/m auf, die sich aus einer dispersen Ober- flächenspannung Odispers von 34,6 mN/m und einer polaren Oberflächenspannung Opoiar von 7,3 mN/m zusammensetzt.
Das Substrat wird mit einer ersten Beschichtungszusammensetzung beschichtet, so dass sich auf dem Substrat ein Muster aus beschichteten und nicht beschichteten Teilflächen ergibt. Die Beschichtung erfolgt in einem Tiefdruckverfahren mit einem Tiefdruckzylinder mit einer Rasterung von 70L/cm, MSGI, 45 μητι im Vollton. Die erste Beschichtungszusammen- Setzung enthält den wässrigen Lack Galacryl® 82.431.01 der Firma Schmid Rhyner AG mit 8 Gew.%, bezogen auf die Beschichtungszu- sammensetzung, eines oberflächenaktiven Additivs und keine weiteren Inhaltsstoffe. Das auf diese Weise erzeugte Muster auf der Oberfläche des Substrates ist nahezu unsichtbar.
Die mit der Ring-Methode nach Du Nuoy ermittelte Oberflächenspannung der flüssigen Lackzusammensetzung für die erste Beschichtungszusam- mensetzung beträgt 26,7 mN/m. Nach dem Verfestigen der Flächenele- mente durch Trocknung weisen die Flächenelemente eine totale Oberflächenspannung atotai von 43,4 mN/m auf, die sich aus einer dispersen Oberflächenspannung Olpers von 42,4 mN/m und einer polaren
Oberflächenspannung oPoiar von 1 ,0 mN/m zusammensetzt. Auf das in dieser Weise vorgemusterte Substrat wird nun eine zweite
Beschichtungszusammensetzung aufgebracht (Tiefdruckverfahren, Tiefdruckzylinder mit Rasterung 70L/cm MSGI 45pm Vollfläche, Druckgeschwindigkeit 10m/min, 30 m/min, 40 m/min) und mittels UV-Licht verfestigt. Die zweite Beschichtungszusammensetzung enthält den UV- Lack Wessco 37.380.02 der Firma Schmid Rhyner AG und 5 Gew.%, bezogen auf die Beschichtungszusammensetzung, eines Interferenzpigmentes vom Typ Iriodin® 325 der Firma Merck KGaA, Deutschland. Die mit der Ring-Methode nach Du Nuoy ermittelte Oberflächenspannung des Überstands der flüssigen Lackzusammensetzung beträgt 20,8 mN/m. Die Beschichtungszusammensetzung hat eine Viskosität von 20 sec, gemessen im DIN 4 mm Auslaufbecher.
Bei einer Druckgeschwindigkeit von 10 und 30 m/min können in der durch UV-Licht verfestigten finalen Beschichtung deutliche dreidimensional erscheinende Muster, die von den enthaltenen Effektpigmenten gebildet werden und die zweidimensionale Grundgestalt der mit dem Primer vorgedruckten Flächenelemente aufweisen, beobachtet werden. Die beschichtete Oberfläche ist glatt und weist keine Verformungen auf. Die Beschichtung ist durch hohen Glanz und ein optisch attraktives Erscheinungsbild gekennzeichnet. Bei einer Druckgeschwindigkeit von 40 m/min kann ebenfalls ein dreidimensional erscheinendes Muster in der Beschichtung wahrgenommen werden, welches allerdings schwächer ausgeprägt ist als in den bei Druckgeschwindigkeiten von 10 und 30 m/min erhaltenen Beschichtungen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines dreidimensional erscheinenden Musters in einer Effektpigment-haltigen Beschichtung auf einem Substrat, wobei eine Oberfläche eines Substrates, welche in Teilbereichen mit Flächenelementen versehen ist, die ein zweidimensionales Muster darstellen, mit einer plättchenförmige Effektpigmente enthaltenden Beschichtungszusammen- setzung beschichtet und diese Beschichtungszusammensetzung verfestigt wird, wobei die Teilbereiche des Substrates, die mit den Flächenelemen- ten versehen sind und Teilbereiche des Substrates, die nicht mit den
Flächenelementen versehen sind, voneinander verschiedene Oberflächenspannungen σ1 und o2 aufweisen, und wobei die plättchenförmige Effektpigmente enthaltende Beschichtungszusammensetzung eine Oberflächenspannung σ3 aufweist, die geringer ist als die Oberflächenspannungen σ1 und o2.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Flächenelemente aus einer verfestigten ersten Beschichtungszusammensetzung bestehen.
3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Beschichtungszusammensetzung keine Pigmente enthält.
4. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Beschichtungszusammensetzung Farbstoffe, Absorptionspigmente und/oder Effektpigmente enthält.
5. Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein schwarzes, dunkles oder farbiges Substrat eingesetzt wird.
6. Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächenelemente durch das Aufbringen und Verfestigen einer ersten Beschichtungszusammensetzung erzeugt werden, die eine Oberflächenspannung o2a aufweist, die geringer ist als die Oberflächenspannung des Substrates σ1 und größer als die Oberflächenspannung σ3 der plättchenförmige Effektpigmente enthaltenden Beschichtungszusammensetzung.
7. Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz zwischen der Oberflächenspannung der ersten Beschichtungszusammensetzung o2a und der Oberflächenspannung der plättchenförmige Effektpigmente enthaltenden Beschichtungszusammensetzung σ3 im Bereich von 1 bis 12 mN/m liegt.
8. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die
Differenz im Bereich von 3 bis 8 mN/m liegt.
9. Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat vollflächig mit der plättchenförmige Effektpigmente enthaltenden Beschichtungszusammensetzung
beschichtet wird.
10. Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat teilflächig mit der plättchenförmige Effektpigmente enthaltenden Beschichtungszusammensetzung beschichtet wird, wobei Grenzlinien, die zwischen den Teilbereichen, die mit den Flächenelementen versehen sind und den Teilbereichen, die nicht mit den Flächenelementen versehen sind, ausgebildet sind, zumindest teilweise mit der plättchenförmige Effektpigmente enthaltenden Beschichtungszusammensetzung beschichtet werden.
11. Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die plättchenförmige Effektpigmente enthaltende Beschichtungszusammensetzung mittels eines Druckverfahrens auf das Substrat aufgebracht wird.
12. Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, das das Substrat ein Papier, eine Kartonage, eine
Tapete, ein Laminat, ein Tissue-Material, Holz, ein Kunststoffkörper, eine Kunststofffolie, ein Metallkörper, eine Metallfolie, Glas oder ein Material ist, welches Bestandteile aus mehreren dieser Stoffe enthält, und wobei das Substrat optional vorbeschichtet ist.
13. Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch ,J Q gekennzeichnet, dass die plättchenförmigen Effektpigmente ausgewählt sind aus der Gruppe Perlglanzpigmente, Interferenzpigmente, Metalleffektpigmente, Flüssigkristallpigmente (Liquid Crystal Pigments), plättchen- förmige funktionelle Pigmente, plättchenförmige strukturierte Pigmente, oder diese enthaltende Gemische.
15
14. Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das dreidimensional erscheinende Muster in der Beschichtung eine zweidimensionale Grundform aufweist, die mit der Form des zweidimensionalen Musters, welches aus den Flächenelementen auf dem Substrat gebildet wird und mit der plättchenförmige Effekt-
20
pigmente enthaltenden Beschichtung beschichtet ist, übereinstimmt.
15. Plättchenförmige Effektpigmente enthaltende Beschichtung auf einem
Substrat, welche ein sichtbares, dreidimensional erscheinendes Muster aufweist, hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem oder mehreren
25 der Ansprüche 1 bis 14.
16. Plättchenförmige Effektpigmente enthaltende Beschichtung gemäß
Anspruch 15, wobei das dreidimensional erscheinende Muster ein makroskopisches Muster ist und Flächenelemente mit einer Größe von mindes- n tens 0,1 mm2 aufweist.
17. Plättchenförmige Effektpigmente enthaltende Beschichtung gemäß Anspruch 15 oder 16, wobei das dreidimensional erscheinende Muster durch Orientierung der plättchenförmigen Effektpigmente in der Beschichtung in verschiedenen Winkeln, relativ zum Substrat, gebildet wird.
18. Plättchenförmige Effektpigmente enthaltende Beschichtung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung eine plane äußere Oberfläche aufweist.
Verwendung einer plättchenförmige Effektpigmente enthaltenden Beschichtung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 15 bis 18 in Dekorationsmaterialien, Verpackungsmaterialien, Kunsterzeugnissen oder Sicherheitserzeugnissen.
20. Dekorationsmaterialien, Verpackungsmaterialien, Kunsterzeug nisse oder Sicherheitserzeugnisse, enthaltend eine plättchenförmige Effektpigmente enthaltende Beschichtung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 15 bis 18.
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