EP3976881B1 - Verfahren zur lackierung von substraten sowie lackierte substrate - Google Patents

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EP3976881B1
EP3976881B1 EP20728713.7A EP20728713A EP3976881B1 EP 3976881 B1 EP3976881 B1 EP 3976881B1 EP 20728713 A EP20728713 A EP 20728713A EP 3976881 B1 EP3976881 B1 EP 3976881B1
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EP
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layer
substrate
coating
preparation
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Peter Eladio LUDWIG
Roland Rüedi
Dieter WYLER
Dirk Schlatterbeck
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Actega Schmid Rhyner AG
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Actega Schmid Rhyner AG
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    • B41M5/5281—Polyurethanes or polyureas

Definitions

  • the invention generally relates to a method for coating substrates to produce coatings with high surface qualities, as well as correspondingly coated substrates.
  • the invention relates to a method for coating substrates with incompletely closed surfaces using ink-jet processes, as well as correspondingly coated substrates.
  • Printed products are often coated with one or more layers of varnish.
  • the varnish layers ensure a high-quality visual and tactile impression.
  • Paper is made from textile and plant fibers, possibly with additional sizing.
  • the fibers absorb liquids (e.g. ink). Sizing reduces the absorbency but does not completely eliminate it. Paper can therefore absorb liquids, such as printing ink, to a certain extent. This has a negative effect on the quality of the print image of a corresponding print.
  • so-called coated substrates are used for high-quality prints, such as art paper.
  • Coated substrates are papers or cardboard whose surface is provided with a highly filled binder layer.
  • This coating also known as a coating, can be single or multi-layered and reduces the penetration of the printing ink into the surface of the substrate and smoothes the surface of the paper or cardboard by filling the depressions between the fibers.
  • the Coating slip contains inorganic particles as fillers in an organic binder. Due to the high filling level of the paper coating, the particles in the layer are not completely covered by the binder. Due to drying and the associated reduction in volume of the coating, the particles can protrude far from the surface. With matt-coated substrates, the proportion of protruding particles is greater than with glossy-coated types. The highest gloss is so-called cast-coated paper or cardboard. Here the binder itself is very shiny. Nevertheless, even with cast-coated paper, the particles on the surface are not all completely covered.
  • undercuts can form due to the particulate structure of the coating composition, where the particle surface is not completely surrounded by binder.
  • the undercuts therefore form cavities within the layer when viewed vertically from above.
  • cavities can form due to incomplete coverage of substrate pores.
  • These cavities are not completely filled with ink or varnish during printing and varnishing processes. Instead, they are completely or partially covered by layers of ink or varnish during application. During drying, they can partially open again due to the volume reduction of the binder in the ink or varnish or simply due to the layer tearing.
  • all printing processes generally do not produce a completely pore-free layer, so the cavities mentioned are to be expected.
  • Another method for applying a coating layer to coated substrates involves laminating the substrate with a plastic film. This largely covers the undercuts and creates a surface coating that is largely free of visually noticeable defects. If pores remain between the film and the substrate or if larger particles are incorporated into the adhesive layer beneath the film, these defects are clearly visible even when the film is laminated. In addition, a special laminating device is required for film lamination. Another disadvantage is that the applied film typically has a thickness of at least 10 ⁇ m. The comparatively thick coating produced with these films has a strong influence on the properties of the substrate, in particular its haptic properties. Another possibility of producing a defect-free paint layer without pinholes on painted substrates is described in the patent application DE 102 007 034 877 A1 described.
  • a coating compound is first applied to the substrate using inkjet printing and the coated surface is then treated with an air squeegee. This causes the coating compound to be deflected laterally to a minimal extent. This leads to the air hose of the crater breaking off in the pinholes and the crater filling up with coating compound from below. This closes the pinholes. After the pinholes have been removed, the coating compound is then hardened to form a paint. However, this requires a special device.
  • the invention is therefore based on the object of providing a method that enables the coating, in particular coating by means of inkjet printing, of a substrate to produce coatings with a high surface quality regardless of its surface structure and quality. Furthermore, a further object of the invention is to provide a preparation and a correspondingly coated printed product with a high surface quality.
  • the layer cured in step c) has a layer thickness in the range of 1 to 10 ⁇ m.
  • This layer thickness ensures that the coating is thick enough so that undercuts and pores are covered and do not transfer to the paint layer applied in the following step d).
  • the original substrate properties are replaced by the corresponding properties of the sealing layer. This enables reproducible coating properties regardless of the respective substrate.
  • the first layer cured in step c) is therefore also referred to below as the sealing layer.
  • printing takes place on the substrate provided with the first layer before step d).
  • One embodiment of this further development provides that printing takes place on the hardened first layer, i.e. after step c).
  • the substrate can also be printed after step b).
  • the first layer is hardened after printing in step c). In this way, the first layer and the print layer can be hardened together.
  • the second layer is applied by means of inkjet printing.
  • a closed surface is understood to mean in particular a surface which has a pinhole density of less than 10 pinholes per dm 2 , preferably of a maximum of 2 pinholes per dm 2 , particularly preferably a maximum of 1 pinhole per dm 2 .
  • the pinholes can be seen with the naked eye and otherwise significantly disrupt the printed image. For a really high-quality print, as is expected in the area of luxury packaging, for example, no disruptions whatsoever must be visible on the lacquer surfaces.
  • the number of pinholes depends on the substrate and the layer thickness. When painting coated substrates without the sealing layer according to the invention, the number of pinholes decreases with the layer thickness of the paint layer. However, a reduction in the number of pinholes is not always associated with an improvement in the visual impression, since the diameter of the pinholes also influences their visibility. In the range up to approx. 4 ⁇ m layer thickness, the diameter of the pinholes is very small. They give the visual impression of no particles, which makes the resulting layer appear somewhat matt. Between 6-12 ⁇ m, the pinholes are very clearly visible. Although the number of pinholes decreases with higher layer thicknesses, the enlargement of the craters at higher layer thicknesses means that the remaining pinholes disrupt the appearance much more. The pinholes only disappear completely from layer thicknesses of around 20 ⁇ m (substrate dependent).
  • the thickness of the sealing layer is so small that the haptic properties of the substrate are not, or at least not significantly, influenced by the sealing layer.
  • a substrate coated with a sealing layer according to the invention can still be identified as paper in terms of its feel.
  • the haptic properties of the plastic coating generally dominate.
  • a sealing layer thickness in the range of 1 to 5 ⁇ m and in particular 2 to 3 ⁇ m has proven to be particularly advantageous.
  • the sealing layer can also be designed to be not only haptically but also visually inconspicuous.
  • the sealing layer has a Embodiment has a high level of transparency and no or only a slight inherent color.
  • the sealing layer causes no or only a very slight color shift of the underlying substrate, so that the optical appearance of the substrate is not influenced by the sealing layer or is only influenced to a very small extent.
  • This can be particularly advantageous in embodiments in which the second layer is designed as a transparent lacquer layer and/or in embodiments in which the second layer is laterally structured and thus only applied to partial areas of the substrate provided with the sealing layer.
  • the substrate quality is such that the coating quality described above cannot be achieved with the layer thicknesses mentioned, it may also be necessary to increase the thickness of the sealing layer. Economically, this can still represent a significant advantage over lamination, as poorer substrate qualities can be subjected to high-quality finishing, even if the haptic properties of the substrate are significantly changed, particularly when using radiation-curing sealing layers.
  • the invention provides that in a step preceding step a), a coating is applied to at least one surface of the printing substrate provided in step a).
  • a coating is understood here to mean a coating mass with a high proportion of inorganic, particulate fillers in an organic binder.
  • the substrate provided in step a) is a coated paper or a coated cardboard.
  • the substrate provided in step a) is an uncoated paper or an uncoated cardboard.
  • Such substrates have open surfaces. These are characterized by a high porosity and can therefore absorb liquids to a certain degree.
  • uncoated paper and cardboard are only suitable to a limited extent as substrates for inkjet printing processes, in particular with UV-curable printing inks.
  • the sealing layer according to the invention on the other hand, completely covers the pores and thus closes the surface.
  • the sealing layer also provides a surface with homogeneous surface properties such as a homogeneous surface tension.
  • a substrate is printed with offset printing inks
  • the areas with the hydrophobic offset printing inks have a completely different surface tension than the unprinted substrate.
  • the transition between the unprinted and printed areas is painted, particularly using the inkjet process, the flow of the paint on the unprinted substrate will differ from that on the printing ink, resulting in a step in the paint image at the transition. This effect can also impair the painting results on surfaces that are already closed.
  • the method according to the invention is therefore also suitable for coating substrates with closed surfaces such as plastics.
  • the required layer thickness is significantly smaller and can be less than 1 ⁇ m, since no structures on the substrate surface such as pores or undercuts need to be covered and closed by the sealing layer.
  • the curing or crosslinking of the first layer in step c) is carried out by UV radiation or electron beam.
  • the advantage of radiation-curing formulations is the possibility of dispensing with solvents. Therefore, in the case of radiation-curing formulations, the first layer only exhibits a very slight volume shrinkage during curing. The volume reduction is only due to the polymerization shrinkage during crosslinking. Due to the low volume or mass loss due to the curing process in step c), the layer thickness of the first layer applied in step b) is not or not significantly reduced in the process according to the invention. This ensures that the undercuts covered by the first layer applied in step b) are not opened again during the curing process.
  • the substrate is provided with a hardened first layer as a sealing layer before the painting step d), which covers the undercuts and pores in substrates.
  • the sealing layer provides a closed surface, which due to its Layer properties such as roughness, homogeneity, surface tension or polarity can be printed very well.
  • this can be coated using inkjet printing.
  • the hardened first layer "neutralizes" the surface of the substrate to a certain extent.
  • first layer or sealing layer is applied in a laterally structured manner to the surface of the substrate provided in step a). This is understood in particular to mean that only partial areas of the substrate surface are coated with the sealing layer. According to this further development, in step d), the second layer is only applied to partial areas of the sealing layer.
  • the formulation applied in step d) is preferably applied to the first layer using inkjet printing.
  • Inkjet printing is a flexible and cost-effective coating method.
  • the applied preparation can be applied in a laterally structured manner and the substrate can thus only be coated in certain surface areas without the need for special printing forms.
  • the preparation preferably contains monomers, oligomers and/or prepolymers with at least one crosslinkable group. Acrylates, methacrylates or epoxides have proven to be particularly advantageous as crosslinkable groups. Vinyl esters are also suitable for this application.
  • the crosslinking of the crosslinkable groups and thus the crosslinking of the second layer preferably takes place in a step following step d).
  • the crosslinking of the second layer can take place by UV radiation, electron beam or thermal treatment.
  • the hardened second layer represents the lacquer layer.
  • the lacquer layer can be designed as a matt lacquer or a gloss lacquer.
  • the first layer is obtained according to one embodiment of the invention by depositing a preparation.
  • the preparation for producing the first layer contains at least one monomer, oligomer or prepolymer with at least one crosslinkable functional group and a reactive diluent.
  • Monomer, oligomer and prepolymers each contain at least one crosslinkable functional group, which is crosslinked in step c).
  • the viscosity of the preparation can be adjusted to the coating process used in step b).
  • the preparation can be applied in step b) in particular by a flexographic printing process, a screen printing process, by gravure printing, with a roller or by doctoring.
  • the preparation is applied evenly to the surface of the substrate.
  • the entire surface of the substrate is provided with the coating in step b). In this case, surface structures such as undercuts in the substrate are completely covered by the coating preparation.
  • the first layer deposited in step b) contains a reactive thinner as a solvent, which is incorporated into the polymer network and thus remains in the layer unlike a conventional solvent, only a very small reduction in volume occurs during crosslinking. This ensures that even after curing, the entire surface of the substrate coated in step b) is covered with the cured sealing layer.
  • a reactive thinner i.e. a solvent which is incorporated into the polymer network during curing and thus remains in the layer, can prevent cracking or renewed exposure of the undercuts.
  • the layer deposited in step b) can also be compacted and smoothed by a calendering process.
  • a thermoplastic lacquer system is applied to the substrate surface, hardened by drying and then compacted using a polished stainless steel calender.
  • the lacquer optionally also contains a crosslinkable group, so that in step c) of the method according to the invention, the first layer deposited in step b) is also cured in this variant of the invention. The thermoplasticity of the layer is thereby reduced.
  • the lacquer systems used to produce the lacquer layer calendered in step b) can contain organic solvents or water or be radiation-curing.
  • the use of hybrid lacquers, also known as dual-cure lacquers, has proven to be particularly advantageous. These lacquer systems are water-based, but also contain binders with unsaturated, cross-linkable acrylate groups.
  • step b) after the coating mass has been applied, water and volatile solvents are removed by drying.
  • the lacquer obtained has a high thermoplasticity and can therefore be easily calendered in step b).
  • UV curing then takes place by cross-linking the acrylate groups.
  • the first deposited layer already has a sufficiently high mechanical stability before UV curing, so that it can be printed using an inkjet process without the undercuts opening during the printing process. Intermediate UV drying before a further coating step is therefore not absolutely necessary.
  • the UV curing of the first deposited layer can therefore take place together with the curing of the second deposited layer.
  • step d) therefore takes place before step c).
  • Substrates with calender varnishes as a sealing layer have particularly smooth surfaces.
  • the surface of the substrates treated in this way is so smooth that when the surface is mirrored, the viewer's reflection is clearly visible and is not distorted too much by surface undulation.
  • coated substrates are therefore particularly suitable for the application of coatings in the form of paints or varnishes where particularly sharp contours and high brilliance are important.
  • the second layer deposited in step d) contains so-called VMP paints, i.e. paints based on vacuum-metallized pigments. This can be, for example, a printing ink that develops a high metallic gloss after printing.
  • the pigments are in platelet form as so-called flakes.
  • a uniform alignment of the platelets leads to a high brilliance of the surface created with the ink.
  • the uniform alignment of the pigments is promoted by a very smooth surface.
  • the The layer deposited in step d) has a mirror effect.
  • the correspondingly coated substrates are suitable, for example, as a replacement for vacuum-metallized films, which achieve a high metallic gloss. If the same printing ink is applied to a substrate with only the sealing layer described above without calendering, the unevenness of the substrate results in a shiny but uneven layer in which the mirror image is slightly distorted.
  • step d) is an adhesive which, when subsequently calendered with a suitable embossing foil, receives a metallically shiny surface.
  • step b) a hybrid varnish is deposited as the first layer using a slot die or a so-called Mayer bar.
  • the hybrid varnish can also be applied to the substrate provided in step a) using a roller doctor process. This also produces extremely smooth surfaces.
  • the preparation applied in step b) may comprise isocyanate-crosslinking systems, polyurethanes, epoxy systems, acrylates, methacrylates, polyvinyl ethers, maleic and fumaric acid-based polyesters, styrene compounds or silicone acrylates.
  • step b) the preparation for producing the first layer can be applied to the substrate provided in step a) in particular by a flexographic printing process, a screen printing process, by gravure printing, with a roller, by doctoring, with a Mayer bar, with a slot nozzle or by curtain coating.
  • the layer deposited in step b) can also be a full-surface roller coating.
  • the preparation for producing the first layer additionally contains organic or inorganic particles.
  • the preparation has in particular a solids content in the range of 2 to 40 wt. %, preferably in the range of 5 to 25 wt. %.
  • the preparation contains polymer particles made of polyolefins, polyacrylates, polyamides and the like, talcum particles, silicate particles and/or carbonate particles, in particular talcum particles.
  • the particles have a matting Effect, so that the sealing layer produced from the corresponding one has a low degree of gloss.
  • the corresponding sealing layers have a particularly homogeneous and closed surface.
  • inorganic particles inorganic particles and the liquid, UV-curable components of the preparation.
  • the inorganic particles in the preparation lead to an increase in the structural viscosity.
  • the particles increase the cohesive forces within the preparation.
  • the closed surface of the film is no longer opened or only opened to a small extent during the application process. Accordingly, surface defects and undercuts on the substrate surface are almost completely covered.
  • preparations with inorganic particles form particularly stable films, the function of the sealing layer according to the invention is guaranteed even with very small layer thicknesses. Due to the increased structural viscosity, the corresponding preparations are particularly suitable for application processes in which the film is exposed to high adhesion forces, such as the flexographic printing process.
  • the invention further relates to a printed product comprising a substrate with a first and a second layer, the first and second layers comprising an organic, cross-linked varnish and having a closed surface.
  • the first layer also referred to below as the sealing layer, is transparent and preferably colorless. It is therefore visually inconspicuous and does not influence the optical appearance of the substrate or only influences it to a small extent.
  • the layer thickness of the sealing layer is in the range from 1 to 10 ⁇ m. This at least partially levels out unevenness and undercuts or pores in the substrate are covered or concealed by the material of the sealing layer and thus compensated. At the same time, the haptic properties of the substrate are largely retained.
  • the cured sealing layer has a layer thickness in the range from 1 to 5 ⁇ m, particularly preferably in the range from 2 to 3 ⁇ m.
  • the second layer is applied to the sealing layer so that the second layer is separated from the substrate surface by the sealing layer.
  • the second layer therefore has no contact with the substrate surface.
  • the second layer can cover the entire Cover the surface of the sealing layer.
  • the second layer can also be arranged only in certain areas, ie laterally structured on the surface of the sealing layer.
  • the first layer contains a polymer layer crosslinked by radiation curing, an isocyanate-crosslinking system, a polyurethane, an epoxy system, an acrylate, a methacrylate, a polyvinyl ether, a polyester based on maleic and fumaric acid, styrene compounds and/or silicone acrylates.
  • the second layer is a digital print applied using an inkjet process.
  • the second layer preferably has a defect-free surface, whereby a defect-free surface is understood to mean in particular a surface with a pinhole density of less than 10 pinholes per dm 2 , preferably of at most 2 pinholes per dm 2 and particularly preferably at most 1 pinhole per dm 2 .
  • the pinholes can be seen with the naked eye and otherwise significantly disrupt the printed image. For a really high-quality print, as is expected in the area of luxury packaging, for example, no defects whatsoever must be visible on the lacquer surfaces.
  • the first and second layers are applied to the substrate in a laterally structured manner, with the second layer being arranged on the entire surface of the sealing layer.
  • the second layer forms a continuous area with a closed surface at least on a partial area of the substrate provided with the sealing layer, with preferably at least 50%, particularly preferably at least 70% of the total surface areas covered with the second layer forming a common, continuous area.
  • the second layer is applied in a laterally structured manner to parts of the first layer.
  • the second layer can be applied to the first layer in the form of lines, letters and/or symbols.
  • the corresponding printed image of the second layer preferably has a minimum line width of more than 1 mm, preferably more than 2 mm.
  • Another embodiment provides that the second layer is arranged laterally structured on the first layer and that the first and second layers differ in their degree of gloss. This makes it possible to achieve gloss and matt effects on individual areas of the printed product. Both variants are common here. Either the first layer has a higher degree of gloss than the second or vice versa.
  • the substrate has a binder-containing, particulate coating on at least one surface and the first layer is applied to the binder-containing particulate coating.
  • the substrate in this embodiment preferably comprises a coated paper or a coated cardboard.
  • the substrate is uncoated paper or uncoated cardboard.
  • Fig.1 The surface of a coated paper 1 is shown schematically.
  • the paper surface 2 is coated with a so-called coating 3.
  • the coating 3 comprises particulate, inorganic fillers 4, which are deposited on the paper surface 2 and held together by an organic binding agent layer 5.
  • the paper surface 2 is not smooth, but has unevenness.
  • so-called undercuts 6 are formed, which also cannot be filled with the binding agent 5.
  • Fig.2 schematically shows the Fig.1 shown, which has been provided with a primer coating compound 15.
  • a primer coating compound 15 This can be done, for example, by a flexographic printing process, a screen printing process, by gravure printing, with a roller or by doctoring or curtain coating.
  • the coating can also be a slot die coating or a Mayer bar coating.
  • the primer layer 15 is not yet dried and consists of a formulation that experiences a certain volume shrinkage during drying/curing. The not yet dried layer covers the undercuts 6.
  • Fig.3 shows the corresponding primer layer 14, which is formed by drying the Fig.2 shown coating composition 15 was obtained. Due to the drying process and the associated loss of volume of the coating composition 15, the substrate surface is no longer completely covered by the primer 14 obtained by drying the coating composition 15. Furthermore, the drying process also reduces the layer thickness of the primer layer 14 over the undercuts 6, as a result of which the film no longer completely covers the undercuts.
  • a corresponding coated paper 1 is coated with a lacquer layer 7 using an inkjet process
  • channels to the defects are created at undercuts and cavities by the impact of the inkjet droplets. This is described in Fig.4 shown schematically and results in craters, so-called pinholes 8, forming in the deposited lacquer layer 7. These represent visually noticeable defects in the lacquer layer 7, so that the substrate 1 is not suitable for surface finishing by means of inkjet coating.
  • Fig.5 shows a coated paper 1, which has been provided with a primer layer 14 and then a lacquer layer 7 has been applied using an ink-jet process.
  • the primer layer 14 can be an aqueous primer, for example.
  • previously covered defects cf. Fig.2
  • pinholes 8 create pinholes 8 as defects in the paint layer 7 applied over the primer layer.
  • a substrate coated according to the invention is shown schematically as a first embodiment.
  • the lacquer layer 7 was also applied by means of inkjet printing, but the surface of the coated paper 1 is completely covered by a sealing layer 9.
  • the sealing layer 9 thus separates the surface of the coated paper 1 from the lacquer layer 7 and covers the cavities in the coated paper that are formed by undercuts 6. Because the undercuts are completely covered, no channels can form on undercuts during the inkjet coating of the sealing layer 9.
  • the lacquer layer 7 therefore has no craters or pinholes and is suitable for surface finishing.
  • the provided, coated substrate 1 is first provided with a coating compound.
  • a coating compound This can be done, for example, by a flexographic printing process, a screen printing process, by gravure printing, with a roller or by doctoring or curtain coating.
  • the coating can also be a slot die coating or a Mayer bar coating.
  • the coating compound contains crosslinkable functional groups. After the coating compound has been applied to the surface of the substrate 1, the crosslinking or curing of the coating compound takes place via the crosslinkable functional groups.
  • the crosslinkable groups are preferably radiation-curing, so that in step c) the crosslinking can take place with the aid of a UV lamp.
  • the cured sealing layer 9 thus represents an ideal surface for the inkjet printing process for depositing the lacquer layer 7.
  • Fig.7 an uncoated paper 2 is shown schematically, which has been provided with a lacquer layer 7.
  • the surface of the uncoated paper 2 is uneven and porous. This porosity means that part of the coating mass for producing the lacquer layer is absorbed by the paper during the period from application to curing of the coating mass through cross-linking or solvent loss. This causes the layer on the surface of the substrate to become increasingly thinner. Since the substrate surface has locally different absorption properties, the coating mass is absorbed to different degrees in the different areas of the substrate surface, so that the coating thickness varies across the substrate surface and the coating therefore appears spotty. The substrate 2 is therefore not suitable for surface finishing using inkjet processes.
  • Fig.8 shows a second embodiment of a printed product according to the invention, wherein the substrate as in Fig.3 an uncoated paper 6. Between the lacquer layer 7 and the paper surface there is also a sealing layer 9 which seals the paper surface and has a closed, homogeneous surface. The lacquer layer 7 therefore also has a low roughness and a homogeneous, closed surface.
  • Embodiments with particularly smooth sealing layers 13 are shown schematically. These sealing layers 17 are applied analogously to the Figures 6 and 8 shown sealing layers 9 are applied. However, the coating compositions applied in this way have greater layer thicknesses. Furthermore, in one embodiment, the coating composition in these embodiments comprises so-called dual-cure coating preparations. These coating preparations are water-based and additionally contain radiation-curable functional groups. After the application of the In this further development of the invention, a drying step is carried out after the coating preparation on the substrate 1. The layer thus obtained is thermoplastic and forms, as in Fig.6 shown sealing layer 9, at least partially covers the unevenness of the substrate surface.
  • the dried layer is compacted and smoothed by calendering.
  • the layer is compacted using a polished stainless steel calender.
  • the calendered layer 13 obtained in this way thus has a closed surface with low surface roughness and sufficiently high mechanical stability for the subsequent finishing, even without further cross-linking of the functional groups.
  • the lacquer layer 7 shown was applied by inkjet to the very smooth layer 13, which was made by calendering.
  • the surface quality obtained is characterized by the fact that the substrate irregularities are almost completely evened out by calendering, thus forming an extremely smooth lacquer surface.
  • UV radiation By curing the lacquer layer 7 by UV radiation, the non-crosslinked radiation-curable functional groups remaining in the calendered layer 13 are also crosslinked.
  • Fig. 11 shows an embodiment in which the lacquer layer 16 contains platelet-shaped metal pigments (VMP colors). Due to the very smooth surface of the calendered sealing layer 13, these can align parallel or at least largely parallel to the substrate surface, so that a very good mirror effect can be achieved without distortions due to the substrate unevenness.
  • VMP colors platelet-shaped metal pigments
  • Both Fig. 12 to Fig. 14 are microscope images with 12x magnification with coaxial incident light of various flat coating patterns applied with inkjet varnish on cardboard substrates.
  • the Fig. 12 to 13 The samples shown have the same substrate 1 and the same composition of the lacquer layer 7 and differ in the pretreatment of the substrate before inkjet coating to produce the lacquer layer 7.
  • the lacquer layer 7 was applied laterally structured so that the area 17 was the untreated ( Fig. 12 ) or pre-treated ( Fig. 13 to 14 ) substrate without resist layer 7.
  • the samples shown here represent comparison samples, whereby the substrate 1 in Fig. 12 was not pre-treated before the painting process.
  • Fig. 13 and Fig.14 The samples shown are two embodiments of the printed product according to the invention. In both cases, a sealing layer 9 was applied before the varnishing process.
  • the Fig. 12 The sample shown here has a sealing layer 9 with a layer thickness of 2.5 ⁇ m, the layer thickness of the sealing layer of the Fig. 13 The sample shown is 4.5 ⁇ m.
  • Fig. 12 shown areas 17 have a high surface roughness
  • the surface is sealed by the sealing layer of the Fig. 13 and Fig. 14
  • the samples shown are smoothed.
  • the Fig. 11 to Fig. 14 the influence of a sealing layer on the pinhole density in the paint layer.
  • the pinholes 8 are visible in the figures as dark, point-shaped defects.
  • the pinhole density ie the average number of pinholes 8 per cm 2 coating area, decreases from Fig. 11 to Fig. 14
  • the highest pinhole density of approx. 2000/cm 2 is shown by the lacquer layer 7 applied directly to the untreated substrate 1 ( Fig. 11 ) (at a layer thickness of 8g/m 2 ).
  • the pinholes 8 are created by not covering or opening undercuts and pores during the inkjet printing process. Even a primer layer 18, which was created by applying a corresponding aqueous coating preparation to the substrate 1 (layer thickness approx. 1g/m 2 dry), cannot effectively prevent the formation of pinholes 8, since the high volume or mass loss of the coating compound during the drying process partially exposes the undercuts and pores again. In contrast, the primer layers 18 in Fig. 12 and Fig. 13 shown embodiments have significantly lower pinhole densities of 25/cm 2 ( Fig. 12 ) or ⁇ 1/cm 2 ( Fig. 13 ). This is due to the sealing layer 9 according to the invention, by means of which undercuts and pores of the substrate 1 are permanently covered. This advantageous effect of the sealing layer 9 depends on its layer thickness and increases with increasing layer thickness.

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Description

    Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft im Allgemeinen ein Verfahren zur Lackierung von Substraten zur Erzeugung von Beschichtungen mit hohen Oberflächengüten sowie entsprechend lackierte Substrate. Im Speziellen betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Lackierung von Substraten mit nicht vollständig geschlossenen Oberflächen mittels Ink-Jet-Verfahren sowie entsprechend lackierte Substrate.
    • Stand der Technik
  • Druckerzeugnisse werden häufig mit einer oder mehreren Lackschichten versehen. Die Lackschichten sorgen hierbei für eine hochwertige optische und haptische Anmutung. Ein großer Teil der Druckerzeugnisse, beispielsweise in Form von Printmedien oder Verpackungen, weist hierbei als Substrate graphische Papiere oder Kartons auf.
  • Papiere werden aus Textil- und Pflanzenfasern, ggf. durch zusätzliches Leimen hergestellt. Die Fasern saugen Flüssigkeiten (z.B. Tinte) auf. Durch das Leimen wird die Saugfähigkeit verringert aber nicht komplett unterbunden. Deshalb kann Papier Flüssigkeiten, beispielsweise auch Druckfarbe bis zu einem gewissen Grad absorbieren. Dies wirkt sich nachteilig auf die Qualität des Druckbildes eines entsprechenden Druckes aus. Um ein Endringen der Farbe in die Oberfläche eines zu bedruckenden Papiers oder Kartons zu vermindern werden daher bei hochqualitativen Drucken, beispielsweise bei Bilderdruckpapier, sogenannte gestrichene Substrate eingesetzt.
  • Unter gestrichenen Substraten werden hierbei Papiere oder Kartons verstanden, deren Oberfläche mit einer hochgefüllten Bindemittelschicht versehen werden. Diese Beschichtung, auch als Strich bezeichnet, kann hierbei ein- oder mehrlagig ausgebildet sein und vermindert das Eindringen der Druckfarbe in die Oberfläche des Substrates und glättet die Oberfläche des Papiers oder Kartons durch das Auffüllen der Vertiefungen zwischen den Fasern. Die Streichmasse enthält hierbei anorganische Partikel als Füllstoff in einem organischen Bindemittel. Aufgrund des hohen Füllgrads des Papierstrichs sind die Partikel in der Schicht nicht vollständig von Bindemittel bedeckt. Durch das Trocknen und der damit verbundenen Volumenverringerung des Striches können die Partikel weit aus der Oberfläche herausstehen. Bei mattgestrichenen Substraten ist der Anteil an herausstehenden Partikeln grösser als bei glänzend gestrichenen Sorten. Die höchstglänzenden sind sogenannt gussgestrichene Papiere oder Kartons. Hier ist das Bindemittel selbst sehr glänzend. Trotzdem sind selbst bei gussgestrichenen Papieren die Partikel an der Oberfläche nicht alle ganz bedeckt.
  • Bei gestrichenen Substraten können sich auf Grund der partikulären Struktur der Streichmasse sog. Unterschneidungen bilden, bei denen die Partikeloberfläche nicht vollständig von Bindemittel umgeben ist. Die Unterschneidungen bilden somit senkrecht von oben betrachtet Hohlräume innerhalb der Schicht. Weiterhin kann es zu einer Hohlraumbildung durch eine unvollständige Überdeckung von Substratporen kommen. Diese Hohlräume werden bei Druck- und Lackierprozessen nicht vollständig mit Farbe oder Lack gefüllt. Stattdessen werden sie von Farb- oder Lackschichten während des Auftragens ganz oder teilweise überdeckt. Bei der Trocknung können sie sich durch die Volumenabnahme des Bindemittels in der Farbe oder dem Lack oder einfach durch Aufreißen der Schicht teilweise wieder öffnen. Ganz grundsätzlich ist bei allen Druckverfahren wie schon bei der Papierbeschichtung eine Erzeugung einer vollständig porenfreien Schicht nicht gegeben, so dass die genannten Hohlräume grundsätzlich zu erwarten sind.
  • Diese Hohlräume haben zur Folge, dass beim Lackieren von gestrichenen Papieren oder Kartons mittels Inkjet-Druck abhängig von der aufgetragenen Lackmenge auf der Oberfläche kleine Krater auftreten. Diese werden dadurch gebildet, dass beim Inkjet-Verfahren winzige Tröpfchen auf die Substratoberfläche geschleudert werden, die bestrebt sind, beim Auftreffen auf die Substratoberfläche ihre Oberflächenspannung abzubauen. Sofern sich auf der Substratoberfläche bereits ein flüssiger Film der gleichen Flüssigkeit befindet, wird der Film vom sich annähernden Tröpfchen bei der ersten Berührung von Tröpfchen und Film nach oben, d.h. von der Substratoberfläche weggerissen, bevor das Tröpfchen schließlich auf der Oberfläche akkommodiert. Befinden sich hierbei die oben beschriebenen Unterschneidungen unterhalb des Auftreffpunktes des Tröpfchens, so kann es bei der Annäherung dazu kommen, dass auch das Material soweit nach oben gezogen wird, dass sich ein Kanal zu der eingeschlossenen Luft im Hohlraum der Unterschneidung bildet, der bis zur Flüssigkeitsoberfläche offenbleibt. Diese Kanäle zu den Unterschneidungen werden im Folgenden als Pinholes bezeichnet. Die Pinholes verbleiben dabei bei der Aushärtung des Lackes in der Lackschicht und stellen optisch auffällige Störstellen in der Lackierung da. Die Oberflächenspannung des flüssigen Lacks bewirkt, dass die Pinholes bei zunehmender Schichtdicke nach oben hin einen immer größeren Durchmesser haben. Zwar nimmt mit zunehmender Schichtdicke auch die Anzahl der Pinholes ab, dafür sind sie aufgrund des größeren Durchmessers aber immer besser sichtbar. Auch beim Inkjet-Druck, insbesondere mit UV-härtenden Farben, stellen die beschriebenen Pinholes ein ernsthaftes Problem dar.
  • Bisher wird in der graphischen Industrie zumeist mit Lackierverfahren lackiert, bei denen der Lack durch eine Walzenapplikation auf das Substrat übertragen wird. Alternativ kann auch mit Sieb- oder Tampondruck lackiert werden. Bei den beschriebenen Verfahren wird der Lack berührend übertragen. Hierbei werden die oben beschriebenen Unterschneidungen nahezu vollständig mit dem Lack überdeckt. Das Werkzeug (die Walze, das Sieb etc.) wird im Prozess vom Substrat abgehoben. Dabei wird der Flüssigkeitsfilm zwischen Werkzeug und Substrat getrennt und es treten an der Oberfläche entsprechende Strukturen auf. Diese Strukturen bewirken auch bei nicht vollständiger Überdeckung der substrateigenen Fehlstellen, dass sich ggf. entstehende Pinholes nicht so deutlich in der Schicht abheben. Erst bei hohen Schichtdicken und genügend langsamen Prozessgeschwindigkeiten, wie z.B. im Fall vom Siebdruck, können diese Strukturen wieder verlaufen und es bildet sich eine sehr glatte Oberfläche. Wird nur eine teilweise, lateral strukturierte Lackierung der Substratoberfläche gewünscht, müssen entsprechend strukturierte Druckformen verwendet werden.
  • Ein anderes Verfahren zum Aufbringen einer Lackschicht auf gestrichene Substrate sieht eine Laminierung des Substrats mit einer Kunststofffolie vor. Hierdurch werden die Unterschneidungen weitestgehend überdeckt und es wird eine Oberflächenbeschichtung erzeugt, die weitgehend frei von optisch auffälligen Fehlstellen ist. Bleiben dennoch Poren zwischen der Folie und dem Substrat oder werden in die Kleberschicht unterhalb der Folie grössere Partikel eingebaut, sind auch bei der Folienlaminierung diese Fehlstellen deutlich sichtbar. Außerdem wird zur Folienlaminierung eine spezielle Laminiervorrichtung benötigt. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die aufgebrachte Folie typischerweise eine Dicke von mindestens 10 µm aufweist. Durch die mit diesen Folien hergestellte vergleichsweise dicke Beschichtung werden die Eigenschaften des Substrates, insbesondere dessen haptische Eigenschaften, stark beeinflusst. Eine andere Möglichkeit, auf gestrichenen Substraten eine defektfreie Lackschicht ohne Pinholes zu erzeugen wird in der Patentanmeldung DE 102 007 034 877 A1 beschrieben. Hier wird auf das Substrat zunächst mittels Inkjet-Druck eine Beschichtungsmasse aufgebracht und die beschichtete Oberfläche wird anschließend mit einer Luftrakel behandelt. Hierdurch wird die Beschichtungsmasse lateral minimal ausgelenkt. Dies führt dazu, dass bei den vorhandenen Pinholes der Luftschlauch des Kraters abreißt und der Krater sich von unten aus mit Beschichtungsmasse füllt. Somit werden die Pinholes geschlossen. Nach der Beseitigung der Pinholes erfolgt dann die Aushärtung der Beschichtungsmasse zum Lack. Hierzu wird jedoch eine spezielle Vorrichtung benötigt.
    • Aufgabe der Erfindung
  • Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren bereit zu stellen, das die Lackierung, insbesondere eine Lackierung mittels Inkjet-Druck, eines Substrates zur Erzeugung von Beschichtungen mit hoher Oberflächengüte unabhängig von dessen Oberflächenstruktur und -beschaffenheit ermöglicht. Des Weiteren liegt eine weitere Aufgabe der Erfindung darin, eine Zubereitung sowie ein entsprechend lackiertes Druckerzeugnis mit einer hohen Oberflächengüte bereit zu stellen.
    • Kurzbeschreibung
  • Die Aufgabe der Erfindung wird bereits durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Druckerzeugnisses mit zumindest den folgenden Verfahrensschritten a) bis d)
    1. a) Bereitstellen eines ggf. schon bedruckten Drucksubstrates, wobei das Drucksubstrat ein Papier oder ein Karton ist,
    2. b) Aufbringen einer ersten Schicht auf zumindest eine Oberfläche des Substrates, wobei die Schicht organische, funktionelle Gruppen aufweist,
    3. c) Aushärten der in Schritt b) aufgebrachten Schicht durch thermisches bzw. UV-Vernetzen der funktionellen Gruppen zur Erzeugung der Versiegelungsschicht, wobei die ausgehärtete erste Schicht eine Schichtdicke im Bereich von 1 bis 10 µm aufweist,
    4. d) Aufbringen einer zweiten Schicht auf die Oberfläche der ersten Schicht.
  • Die in Schritt c) ausgehärtete Schicht weist eine Schichtdicke im Bereich von 1 bis 10 µm auf.
  • Diese Schichtdicke stellt sicher, dass die Beschichtung ausreichend dick ist, so dass Unterschneidungen und Poren überdeckt werden und sich nicht auf die im nachfolgenden Schritt d) aufgebrachte Lackschicht übertragen. Auch können andere, beim Lackieren nachteilige Eigenschaften des Substrates bzw. der Substratoberfläche, beispielsweise eine große Rauheit, hohe Porosität oder eine zu hohe Oberflächenspannung, durch die in Schritt c) ausgehärtete Schicht ausgeglichen bzw. neutralisiert werden, so dass die in Schritt d) erfolgende Lackierung nicht durch die spezifischen Oberflächeneigenschaften des Substrates beeinflusst wird. Somit werden für den in Schritt d) erfolgenden Beschichtungsprozess die ursprünglichen Substrateigenschaften durch die entsprechenden Eigenschaften der Versiegelungsschicht ersetzt. Dies ermöglicht unabhängig vom jeweiligen Substrat reproduzierbare Beschichtungseigenschaften. Die in Schritt c) ausgehärtete erste Schicht wird daher im Folgenden auch als Versiegelungsschicht bezeichnet.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung erfolgt vor Schritt d) ein Bedrucken des mit der ersten Schicht versehenen Substrates. Eine Ausführungsform dieser Weiterbildung sieht dabei vor, dass das Bedrucken auf der ausgehärteten ersten Schicht, d.h. nach Schritt c) erfolgt. Alternativ kann das Substrat auch nach Schritt b) bedruckt werden. Bei dieser Ausführungsform erfolgt somit in Schritt c) das Aushärten der ersten Schicht nach dem Bedrucken. So können erste Schicht und Druckschicht gemeinsam ausgehärtet werden.
  • Bevorzugt erfolgt in Schritt d) das Aufbringen der zweiten Schicht mittels Inkjet-Druck.
  • Durch die erfindungsgemäße Schichtdicke sowie die mechanische Stabilität und Festigkeit der Versiegelungsschicht werden weiterhin Strukturen wie Poren und Unterschneidungen, wie sie beispielsweise bei gestrichenen Papieren und Kartons auftreten, so überdeckt, dass sich bei dem in Schritt d) erfolgenden Ink-Jet-Druck keine oder zumindest nahezu keine Pinholes bilden. Somit weist die in Schritt d) aufgebrachte zweite Druckschritt eine geschlossene Oberfläche auf. Hierbei wird unter einer geschlossenen Oberfläche im Sinne der Erfindung insbesondere eine Oberfläche verstanden, welche eine Pinholedichte von weniger als 10 Pinholes pro dm2, bevorzugt von höchsten 2 Pinholes pro dm2, besonders bevorzugt höchstens 1 Pinhole pro dm2 aufweist Die Pinholes sind mit blossem Auge zu erkennen und stören andernfalls das Druckbild erheblich. Für einen wirklich hochqualitativen Druck, wie er z.B. im Bereich von Luxusverpackungen erwartet wird, dürfen auf den Lackflächen keinerlei Störungen erkennbar sein.
  • Die Anzahl der Pinholes ist substrat- und schichtdickenabhängig. Bei der Lackierung von gestrichenen Substraten ohne die erfindungsgemäße Versiegelungsschicht nimmt hierbei die Anzahl der Pinholes mit der Schichtdicke der Lackschicht ab. Jedoch ist eine Abnahme der Pinholes nicht in jedem Fall mit einer Verbesserung des visuellen Eindrucks verbunden, da hierbei auch der Durchmesser der Pinholes deren Sichtbarkeit beeinflusst. Im Bereich bis ca. 4 µm Schichtdicke ist der Durchmesser der Pinholes sehr klein. Sie vermitteln visuell den Eindruck von keinen Partikelchen, wodurch die entstehende Schicht etwas matt wirkt. Zwischen 6-12µm fallen die Pinholes visuell sehr deutlich auf. Zwar nimmt die Anzahl der Pinholes zu höheren Schichtdicken hin ab, durch die Vergrösserung der Krater bei höheren Schichtdicken stören die verbleibenden Pinholes das Aussehen jedoch wesentlich stärker. Erst ab Schichtdicken von ungefähr 20 µm (substratabhängig) verschwinden die Pinholes vollständig.
  • Die Schichtdicke der Versiegelungsschicht ist dagegen so gering, dass die haptischen Eigenschaften des Substrates nicht oder zumindest nicht wesentlich durch die Versiegelungsschicht beeinflusst werden. So ist beispielsweise ein mit einer erfindungsgemäßen Versiegelungsschicht beschichtetes Substrat haptisch noch als Papier zu identifizieren. Im Unterschied dazu dominieren bei einem entsprechend laminierten Papier in der Regel die haptischen Eigenschaften der Kunststoffbeschichtung. Als besonders vorteilhaft hat sich hierbei eine Schichtdicke der Versiegelungsschicht im Bereich von1 bis 5 µm und insbesondere von 2 bis 3 µm herausgestellt.
  • Die Versiegelungsschicht kann weiterhin gemäß einer Variante nicht nur haptisch, sondern auch visuell unauffällig ausgestaltet werden. So weist die Versiegelungsschicht gemäß einer Ausführungsform eine hohe Transparenz sowie keine oder nur eine geringe Eigenfärbung auf. Insbesondere erfolgt durch die Versiegelungsschicht keine oder nur eine sehr geringe Farbortverschiebung des darunterliegenden Substrates, so dass auch die optische Erscheinung des Substrates durch die Versiegelungsschicht nicht oder nur in einem sehr geringen Maße beeinflusst wird. Dies kann insbesondere bei Ausführungsformen, bei denen die zweite Schicht als eine transparente Lackschicht ausgebildet ist und/oder bei Ausführungsformen, bei denen die zweite Schicht lateral strukturiert und somit lediglich auf Teilbereiche des mit der Versiegelungsschicht versehenen Substrates aufgebracht wird, vorteilhaft sein.
  • Ist jedoch die Substratqualität dergestalt, dass sich mit den genannten Schichtdicken eine oben beschriebene Beschichtungsqualität nicht erreichen lässt, kann es auch erforderlich sein, die Schichtdicke der Versiegelungsschicht zu erhöhen. Wirtschaftlich kann das immer noch einen deutlichen Vorteil gegenüber der Laminierung bedeuten, da schlechtere Substratqualitäten einer hochqualitativen Veredelung zugänglich werden, auch wenn die haptischen Eigenschaften des Substrats, insbesondere beim Einsatz von strahlenhärtenden Versiegelungsschichten, deutlich verändert werden.
  • Die Erfindung sieht vor, dass in einem den Schritt a) vorgelagerten Schritt auf zumindest einer Oberfläche des in Schritt a) bereitgestellten Drucksubstrats ein Strich aufgetragen wird. Hierbei wird unter einem Strich eine Beschichtungsmasse mit einem hohen Anteil an anorganischen, partikulären Füllstoffen in einem organischen Bindemittel verstanden. Insbesondere handelt es sich in dem in Schritt a) bereit gestellten Substrat um ein gestrichenes Papier oder einen gestrichenen Karton.
  • In einer alternativen Ausführungsform ist das in Schritt a) bereitgestellte Substrat ein ungestrichenes Papier oder ein ungestrichener Karton. Derartige Substrate weisen offene Oberflächen auf. Diese zeichnen sich durch eine hohe Porosität aus und können daher Flüssigkeiten zu einem gewissen Grad absorbieren. Dadurch sind ungestrichene Papiere und Kartons beispielsweise als Substrate für Inkjet-Druckverfahren insbesondere mit UV-härtbaren Drucktinten nur bedingt geeignet. Durch die erfindungsgemäße Versiegelungsschicht werden die Poren dagegen vollständig überdeckt und so die Oberfläche geschlossen.
  • Durch die Versiegelungsschicht wird zudem eine Oberfläche mit homogenen Oberflächeneigenschaften wie einer homogenen Oberflächenspannung bereitgestellt. Dies ermöglicht beispielsweise homogene Verlaufseigenschaften von mit Inkjet-Druck aufgetragenen Farben oder Beschichtungsmitteln. Wird z.B. ein Substrat mit Offset-Druckfarben bedruckt, haben die Bereiche mit den hydrophob ausgerüsteten Offest-Druckfarben eine gänzlich andere Oberflächenspannung als das unbedruckte Substrat. Wird über den Übergang zwischen unbedrucktem und bedrucktem Bereich insbesondere im Inkjetverfahren lackiert, wird der Verlauf des Lackes auf dem unbedruckten Substrat sich von demjenigen auf der Druckfarbe unterscheiden, wodurch sich im Übergang eine Stufe im Lackbild ergibt. Dieser Effekt kann auch auf an sich schon geschlossenen Oberflächen die Lackierergebnisse verschlechtern. Das erfindungsgemäße Verfahren ist daher ebenfalls zur Beschichtung von Substraten mit geschlossenen Oberflächen wie beispielsweise von Kunststoffen geeignet. Hier ist die erforderliche Schichtdicke deutlich kleiner und kann weniger als 1µm betragen, da keine Strukturen auf der Substratoberfläche wie beispielsweise Poren oder Unterschneidungen von der Versiegelungsschicht überdeckt und geschlossen werden müssen.
  • Das Aushärten bzw. Vernetzen der ersten Schicht in Schritt c) erfolgt gemäß einer Ausführungsform der Erfindung durch UV-Strahlung oder Elektronenstrahl. Der Vorteil von strahlenhärtenden Formulierungen ist die Möglichkeit des Verzichts auf Lösemittel. Deshalb weist im Fall von strahlenhärtenden Formulierungen die erste Schicht beim Aushärten nur einen sehr geringen Volumenschrumpf auf. Die Volumenreduktion ist hierbei lediglich auf den Polymerisationsschrumpf bei der Vernetzung zurückzuführen. Auf Grund des geringen Volumen- bzw. Masseverlustes durch den in Schritt c) erfolgenden Härtungsprozess wird beim erfindungsgemäßen Verfahren somit die Schichtdicke der in Schritt b) aufgebrachten ersten Schicht nicht oder nicht wesentlich verringert. Somit wird gewährleistet, dass die durch die in Schritt b) aufgebrachte erste Schicht überdeckten Unterschneidungen während des Härtungsprozesses nicht wieder geöffnet werden.
  • Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird das Substrat vor dem Lackierungsschritt d) mit einer ausgehärteten ersten Schicht als Versiegelungsschicht versehen, welche die Unterschneidungen und Poren bei Substraten überdeckt. Darüber hinaus wird durch die Versiegelungsschicht eine geschlossene Oberfläche bereitgestellt, welche auf Grund ihrer Schichteigenschaften wie Rauhheit, Homogenität, Oberflächenspannung oder Polarität sehr gut bedruckt werden kann. So kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren unabhängig von dem in Schritt a) bereitgestellten Substrat bzw. dessen Oberflächeneingenschaften dieses mittels Inkjet-Druck beschichtet werden. Die ausgehärtete erste Schicht "neutralisiert" gewissermaßen die Oberfläche des Substrates. Somit können auch Substrate, beispielsweise kostengünstige oder für die Lackierung eher weniger geeignete Substratedie sich auf Grund ihrer Oberflächeneigenschaften, insbesondere auf Grund ihrer hohen Oberflächenrauhigkeit, mit den bekannten Verfahren nicht oder nur schlecht überlackieren lassen, lackiert bzw. bedruckt werden. Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die erste Schicht bzw. Versiegelungsschicht lateral strukturiert auf die Oberfläche des in Schritt a) bereit gestellten Substrates aufgebracht wird. Hierunter wird insbesondere verstanden, dass nur Teilbereiche der Substratoberfläche mit der Versiegelungsschicht beschichtet werden. Gemäß dieser Weiterbildung wird in Schritt d) die zweite Schicht nur Teilbereiche der Versiegelungsschicht aufgebracht.
  • Die in Schritt d) aufgebrachte Formulierung wird bevorzugt mittels Inkjet-Druck auf die erste Schicht aufgebracht. Der Inkjet-Druck stellt hierbei eine flexible und kostengünstige Beschichtungsmethode dar. So kann beispielsweise in Schritt d) die aufgebrachte Zubereitung lateral strukturiert aufgebracht und somit das Substrat nur in bestimmten Oberflächenbereichen lackiert werden, ohne dass hierzu spezielle Druckformen notwendig sind. Die Zubereitung enthält hierbei bevorzugt Monomere, Oligomere und/oder Präpolymere mit zumindest einer vernetzbaren Gruppe. Als besonders vorteilhaft haben sich hierbei Acrylate, Methacrylate oder Epoxide als vernetzbare Gruppen herausgestellt. Auch Vinylester eignen sich für diese Anwendung.
  • Die Vernetzung der vernetzbaren Gruppen und somit die Vernetzung der zweiten Schicht erfolgt hierbei vorzugsweise in einem dem Schritt d) nachgelagerten Schritt. Insbesondere kann die Vernetzung der zweiten Schicht durch UV-Strahlung, Elektronenstrahl oder thermische Behandlung erfolgen. Die ausgehärtete zweite Schicht stellt die Lackschicht dar. Hierbei kann die Lackschicht als Mattlack oder Glanzlack ausgebildet sein.
  • In Schritt b) wird die erste Schicht gemäß einer Ausführungsform der Erfindung durch Abscheiden einer Zubereitung erhalten. Die Zubereitung zur Herstellung der ersten Schicht enthält hierbei zumindest ein Monomer, Oligomer oder Präpolymer mit zumindest einer vernetzbaren, funktionellen Gruppe sowie einen Reaktivverdünner. Monomer, Oligomer und Präpolymere enthalten hierbei jeweils zumindest eine vernetzbare, funktionelle Gruppe, die in Schritt c) vernetzt werden.
  • Mit Hilfe des Reaktivverdünners kann die Viskosität der Zubereitung auf das in Schritt b) verwendete Beschichtungsverfahren eingestellt werden. So kann die Zubereitung in Schritt b) insbesondere durch ein Flexo-Druckverfahren, ein Siebdruckverfahren, durch Tiefdruck, mit einer Walze oder durch Aufrakeln aufgetragen werden. In Schritt b) wird die Zubereitung dabei gleichmäßig auf die Oberfläche des Substrates aufgebracht. Vorzugsweise wird die gesamte Oberfläche des Substrates in Schritt b) mit der Beschichtung versehen. Hierbei werden beispielsweise Oberflächenstrukturen wie Unterschneidungen des Substrates von der Beschichtungszubereitung vollständig überdeckt.
  • Da die in Schritt b) abgeschiedene erste Schicht gemäß dieser Ausführungsform einen Reaktivverdünner als Lösungsmittel enthält, welcher in das Polymernetzwerk eingebunden wird und somit anders als ein konventionelles Lösungsmittel in der Schicht verbleibt, erfolgt bei der Vernetzung nur eine sehr geringe Volumenreduktion. Somit ist gewährleistet, dass auch nach dem Aushärten die gesamte in Schritt b) beschichtete Oberfläche des Substrates mit der ausgehärteten Versiegelungsschicht bedeckt ist. Insbesondere kann durch die Verwendung eines Reaktivverdünners, d.h. eines Lösungsmittels, welches bei der Aushärtung im Polymernetzwerk eingebunden wird und somit in der Schicht verbleibt, eine Rissbildung oder erneute Freilegung der Unterschneidungen vermieden werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann die in Schritt b) abgeschiedene Schicht auch durch einen Kalandrierprozess verdichtet und geglättet werden. Bei dieser Ausführungsform wird in Schritt b) ein thermoplastisches Lacksystem auf die Substratoberfläche aufgebracht, durch Trocknung gehärtet und nachfolgend mit einem polierten Edelstahlkalander verdichtet. Der Lack enthält ggf. weiterhin eine vernetzbare Gruppe, so dass es in Schritt c) des erfindungsgemäßen Verfahrens auch bei dieser Variante der Erfindung zu einer Aushärtung der in Schritt b) abgeschiedenen ersten Schicht kommt. Hierbei wird die Thermoplastizität der Schicht verringert.
  • Die verwendeten Lacksysteme zur Erzeugung der in Schritt b) kalandrierten Lackschicht können hierbei organische Lösungsmittel oder Wasser enthalten oder strahlenhärtend sein. Als besonders vorteilhaft hat sich hierbei die Verwendung von Hybridlacken, auch als dual-cure-Lacke bezeichnet, herausgestellt. Diese Lacksysteme sind wasserbasiert, enthalten jedoch zusätzlich Bindemittel mit ungesättigten, vernetzbaren Acrylatgruppen. Um einen kalandrierfähigen Lack zu erzeugen, wird Schritt b) nach dem Aufbringen der Beschichtungsmasse dieser durch Trocknung Wasser und leicht flüchtige Lösungsmittel entzogen. Der erhaltene Lack weist dabei eine hohe Thermoplastizität auf und lässt sich somit in Schritt b) gut kalandrieren. In Schritt c) erfolgt dann eine UV-Härtung durch Vernetzung der Acrylatgruppen. Dies führt zu einer hohen mechanischen Stabilität sowie einer Verringerung der Thermoplastizität der ausgehärteten Versiegelungsschicht. Jedoch weist in dieser Ausführungsform die erste abgeschiedene Schicht bereits vor der UV-Härtung eine ausreichend hohe mechanische Stabilität auf, so dass diese mittels Inkjet-Verfahren bedruckbar ist, ohne dass sich die Unterschneidungen während des Druckprozesses öffnen. Eine UV-Zwischentrocknung vor einem weiteren Beschichtungsschritt ist daher nicht zwingend notwendig. Gemäß einer Weiterbildung dieser Ausführungsform kann die UV-Härtung der ersten abgeschiedenen Schicht daher gemeinsam mit der Aushärtung der zweiten abgeschiedenen Schicht erfolgen. In dieser Weiterbildung erfolgt somit der Schritt d) vor dem Schritt c).
  • Substrate mit Kalanderlacken als Versiegelungsschicht weisen besonders glatte Oberflächen auf. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Oberfläche der auf diese Weise behandelten Substrate so glatt, dass bei Verspiegelung der Oberfläche das Spiegelbild des Betrachters gut erkennbar und nicht durch Oberflächenwellung zu stark verzerrt ist. Daher sind entsprechend beschichtete Substrate besonders für das Aufbringen von Beschichtungen in Form von Farben oder Lacken geeignet, bei denen es auf besonders scharfe Konturen und eine hohe Brillanz ankommt. Eine Ausführungsform der Erfindung sieht daher vor, dass die in Schritt d) abgeschiedene zweite Schicht sog. VMP-Farben, d.h. Farben auf der Basis von vakuummetallisierten Pigmenten, enthält. Das kann z.B. eine Druckfarbe sein, die nach dem Verdrucken einen hohen metallischen Glanz ausbildet. Bei diesen Farben liegen die Pigmente plättchenförmig als sog. Flakes vor. Eine einheitliche Ausrichtung der Plättchen führt hierbei für eine hohe Brillanz der mit der Farbe erzeugten Fläche. Die einheitliche Ausrichtung der Pigmente wird hierbei durch eine sehr glatte Oberfläche begünstigt. Gemäß einer Weiterbildung weist die in Schritt d) abgeschiedene Schicht einen Spiegeleffekt auf. Die entsprechend beschichteten Substrate eigenen sich beispielsweise als Ersatz für vakuummetallisierte Folien, bei denen ein hoher Metallglanz erzielt wird. Wird die gleiche Druckfarbe auf ein nur mit einer oben beschriebenen Versiegelungsschicht ohne Kalandrieren aufgebracht, ergibt sich durch die Substratunebenheiten eine glänzende aber unebene Schicht bei der das Spiegelbild leicht verzerrt wird. Beim Aufbringen von Silberdruckfarben der beschriebenen Art auf ungestrichene Substrate wird durch die fehlende Ausrichtung der Pigmente und der teilweisen Absorption der Druckfarbe eine graue Farbschicht erzeugt. Auch die digitale Folienprägung, bei der die in Schritt d) abgeschiedene Schicht einen Klebstoff darstellt, der bei anschliessender Kalandrierung mit dafür geeigneter Prägefolie, eine metallisch glänzende Oberfläche erhält.
  • Eine Weiterbildung sieht vor, dass in Schritt b) ein Hybridlack als erste Schicht mit Hilfe einer Breitschlitzdüse, oder einem sog. Mayer-Bar abgeschieden wird. Alternativ kann der Hybridlack auch mit einem Rollrakelverfahren auf das in Schritt a) bereit gestellte Substrat aufgebracht werden. Auch auf diese Weise werden hochglatte Oberflächen erzeugt.
  • Alternativ kann die in Schritt b) aufgebrachte Zubereitung isocyanatvernetzende Systeme, Polyurethane, Epoxidsysteme, Acrylate, Methacrylate, Polyvinylether, Polyester auf Malein- und Fumarsäurebasis, Styrolverbindungen oder Siliconacrylate umfassen.
  • In Schritt b) kann die Zubereitung zur Herstellung der ersten Schicht insbesondere durch ein Flexo-Druckverfahren, ein Siebdruckverfahren, durch Tiefdruck, mit einer Walze, durch Aufrakeln, mit einem Mayer-Bar, mit einer Schlitzdüse oder mittels Vorhanggießen auf das in Schritt a) bereit gestellte Substrat aufgetragen werden. Alternativ kann es sich bei der in Schritt b) abgeschiedenen Schicht auch um eine vollflächige Walzenbeschichtung handeln.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Zubereitung zur Herstellung der ersten Schicht zusätzlich organische oder anorganische Partikel enthält. Hierbei weist die Zubereitung insbesondere einen Feststoffgehalt im Beriech von2 bis 40 Gew.-%, vorzugsweise im Bereich von 5 bis 25 Gew.-% auf. Gemäß einer Ausführungsform enthält die Zubereitung Polymerpartikel aus Polyolefinen, Polyacrylaten, Polyamiden und dergleichen, Talkumpartikel, Silikatpartikel und/oder Carbonatpartikel, insbesondere Talkumpartikel. Die Partikel weisen einen mattierenden Effekt auf, so dass die aus der entsprechenden hergestellte Versiegelungsschicht einen geringen Glanzgrad aufweist. Darüber hinaus weisen die entsprechenden Versiegelungsschichten eine besonders homogene und geschlossene Oberfläche auf. Dies wird insbesondere durch das Zusammenwirken von anorganischen Partikeln und den flüssigen, UV-härtbaren Komponenten der Zubereitung erreicht. So führen die in der Zubereitung befindlichen, anorganischen Partikel zu einer Erhöhung der Strukturviskosität. Insbesondere wird vermutet, dass die Partikel die Kohäsionskräfte innerhalb der Zubereitung erhöhen. Dies führt dazu, dass die Zubereitung einen geschlossenen, flüssigen Film bildet. Die geschlossene Oberfläche des Films wird hierbei auch im Laufe des Auftragsvorgangs nicht mehr oder nur in geringem Maße geöffnet. Entsprechend werden Oberflächendefekte und Unterschneidungen auf der Substratoberfläche nahezu vollständig abgedeckt. Da Zubereitungen mit anorganischen Partikeln besonders stabile Filme bilden, ist die erfindungsgemäße Funktion der Versiegelungsschicht auch bei sehr geringen Schichtdicken gewährleistet. Auf Grund der erhöhten Strukturviskosität eignen sich die entsprechenden Zubereitungen insbesondere auch für Applikationsverfahren, bei denen der Film hohen Adhäsionskräften ausgesetzt wird, wie beispielsweise dem Flexodruckverfahren.
  • Weiterhin betrifft die Erfindung ein Druckerzeugnis umfassend ein Substrat mit einer ersten und einer zweiten Schicht, wobei die erste und die zweite Schicht einen organischen, vernetzen Lack umfassen und eine geschlossene Oberfläche aufweisen. Die erste Schicht, im Folgenden auch als Versiegelungsschicht bezeichnet, ist hierbei transparent und vorzugsweise farblos. Somit ist sie optisch unauffällig und beeinflusst nicht oder nur in geringem Maße das optische Erscheinungsbild des Substrates. Die Schichtdicke der Versiegelungsschicht liegt im Bereich von 1 bis 10 µm. Hierdurch werden Unebenheiten zumindest teilweise nivelliert und Unterschneidungen oder Poren des Substrates durch das Material der Versiegelungsschicht überdeckt bzw. abgedeckt und somit ausgeglichen. Gleichzeitig bleiben die haptischen Eigenschaften des Substrates weitgehend erhalten. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die ausgehärtete Versiegelungsschicht eine Schichtdicke im Bereich von 1 bis 5 µm, besonders bevorzugt im Bereich von 2 bis 3 µm auf.
  • Die zweite Schicht ist auf der Versiegelungsschicht aufgebracht, so dass die zweite Schicht durch die Versiegelungsschicht von der Substratoberfläche separiert wird. Die zweite Schicht hat somit keinen Kontakt mit der Substratoberfläche. Hierbei kann die zweite Schicht die gesamte Oberfläche der Versiegelungsschicht bedecken. Alternativ kann die zweite Schicht auch nur bereichsweise, d.h. lateral strukturiert auf der Oberfläche der Versiegelungsschicht angeordnet sein.
  • Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die erste Schicht eine durch Strahlenhärtung vernetzte Polymerschicht ein isocyanatvernetzens System, ein Polyurethan, ein Epoxidsystem, ein Acrylat, ein Methacrylat, einen Polyvinylether, ein Polyester auf Malein- und Fumarsäurebasis, Styrolverbindungen und/oder Siliconacrylate enthält.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die zweite Schicht ein mittels Inkjet-Verfahren applizierter Digitaldruck. Vorzugsweise weist die zweite Schicht eine defektfreie Oberfläche auf, wobei unter einer defektfreien Oberfläche insbesondere eine Oberfläche mit einer Pinholedichte von weniger als 10 Pinholes pro dm2, bevorzugt von höchstens 2 Pinholes pro dm2 und besonders bevorzugt höchstens 1 Pinhole pro dm2 verstanden wird. Die Pinholes sind mit blossem Auge zu erkennen und stören andernfalls das Druckbild erheblich. Für einen wirklich hochqualitativen Druck, wie er z.B. im Bereich von Luxusverpackungen erwartet wird, dürfen auf den Lackflächen keinerlei Störungen erkennbar sein.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die erste und die zweite Schicht lateral strukturiert auf dem Substrat aufgebracht, wobei die zweite Schicht auf der gesamten Oberfläche der Versiegelungsschicht angeordnet ist. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung bildet die zweite Schicht zumindest auf einem Teilbereich des mit der Versiegelungsschicht versehenen Substrates eine zusammenhängende Fläche mit geschlossener Oberfläche, wobei vorzugsweise zumindest 50%, besonders bevorzugt zumindest 70% der gesamten mit der zweiten Schicht belegten Oberflächenbereiche eine gemeinsame, zusammenhängende Fläche bilden.
  • Alternativ wird die zweite Schicht lateral strukturiert auf Teilbereiche der ersten Schicht aufgebracht. So kann die zweite Schicht in Form von Linien, Buchstaben und/oder Symbolen auf der ersten Schicht aufgebracht werden. Hierbei weist das entsprechende Druckbild der zweiten Schicht vorzugsweise eine minimale Linienbreite von mehr als 1 mm, vorzugsweise von mehr als 2 mm auf.
  • Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die zweite Schicht lateral strukturiert auf der ersten Schicht angeordnet ist und sich der erste und die zweite Schicht in ihrem Glanzgrad unterscheiden. Hierdurch können Glanz- und Matteffekte auf einzelnen Bereichen des Druckerzeugnisses erzielt werden. Beide Varianten sind hierbei gebräuchlich. Entweder die erste Schicht weist einen höheren Glanzgrad auf als die zweite oder umgekehrt.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das das Substrat zumindest auf einer Oberfläche eine bindemittelhaltige, partikuläre Beschichtung auf und die erste Schicht ist auf der bindemittelhaltigen partikulären Beschichtung aufgebracht. Bevorzugt umfasst das Substrat in dieser Ausführungsform ein gestrichenes Papier oder einen gestrichenen Karton.
  • Alternativ ist das Substrat ein ungestrichenes Papier oder ein ungestrichener Karton.
    • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • Nachfolgend wird die Erfindung näher an Hand von Ausführungsbeispielen sowie an Hand der Figuren 1 bis 14 näher beschrieben. Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine schematische Darstellung der Oberfläche eines gestrichenen Papiers,
    Fig. 2
    eine schematische Darstellung einer aufgebrachten Primerschicht auf das in Fig. 1 dargestellte Papier,
    Fig. 3
    eine schematische Darstellung der in Fig. 2 gezeigten aufgebrachten Primerschicht nach dem Trocknungsprozess,
    Fig. 4
    eine schematische Darstellung einer mittels Inkjet-Verfahren aufgebrachter Lackschicht in dem in Fig. 3 dargestellten gestrichenen Papier,
    Fig. 5
    eine schematische Darstellung einer mittels Inkjet-Verfahren aufgebrachter Lackschicht in dem in Fig. 2 dargestellten gestrichenen Papier,
    Fig. 6
    eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung mit einem gestrichenen Papier als Substrat,
    Fig. 7
    eine schematische Darstellung einer auf einem ungestrichenen Papier aufgebrachten Lackschicht,
    Fig. 8
    eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung mit einem ungestrichenen Papier als Substrat,
    Fig. 9
    eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Versiegelungsschicht, bei dem die Versiegelungsschicht kalandriert wurde,
    Fig. 10
    eine schematische Darstellung einer Ausführungsform, bei der eine Lackschicht auf eine kalandrierte Versiegelungsschicht aufgebracht wurde,
    Fig. 11
    eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels mit kalandrierter Versiegelungsschicht und einer Lackschicht mit VMP-Farbpigmenten,
    Fig. 12
    eine mikroskopische Aufnahme unter Verwendung vom koaxialen Auflicht eines mittels Inkjet-Druck lackierten, gestrichenen Papiers,
    Fig. 13
    eine mikroskopische Aufnahme unter Verwendung vom koaxialen Auflicht eines mittels Inkjet-Druck lackierten, gestrichenen Papiers als Ausführungsbeispiel mit einer 2,5 µm dicken Versiegelungsschicht und
    Fig. 14
    eine mikroskopische Aufnahme unter Verwendung vom koaxialen Auflicht eines mittels Inkjet-Druck lackierten, gestrichenen Papiers als Ausführungsbeispiel mit einer 4,5 µm dicken Versiegelungsschicht.
  • In Fig. 1 wird schematisch die Oberfläche eines gestrichenen Papiers 1 dargestellt. Die Papieroberfläche 2 ist hierbei mit einem sog. Strich 3 beschichtet. Der Strich 3 umfasst hierbei partikuläre, anorganische Füllstoffe 4, die auf der Papieroberfläche 2 abgeschieden sind und von einer organischen Bindemittelschicht 5 zusammengehalten werden. Die Papieroberfläche 2 ist hierbei nicht glatt, sondern weist Unebenheiten auf. Zudem bilden sich auf Grund der unregelmäßigen Form der anorganischen Füllstoffe 4 sogenannte Unterschneidungen 6, welche ebenfalls nicht mit dem Bindemittel 5 ausgefüllt werden können.
  • Fig. 2 stellt schematisch das in Fig. 1 gezeigte, gestrichene Papier dar, welches mit einer Primerbschichtungsmasse 15 versehen wurde. Dies kann beispielsweise durch ein Flexo-Druckverfahren, ein Siebdruckverfahren, durch Tiefdruck, mit einer Walze oder durch Aufrakeln oder Vorhanggießen erfolgen. Alternativ kann es sich bei der Beschichtung auch um eine Schlitzdüsenbeschichtung oder eine Mayer-Bar-Beschichtung handeln. Die Primerschicht 15 ist noch nicht getrocknet und besteht aus einer Formulierung, die bei der Trocknung/Härtung einen gewissen Volumenschrumpf erfährt. Die noch nicht getrocknete Schicht überdeckt die Unterschneidungen 6.
  • Fig. 3 zeigt die entsprechende Primerschicht 14, welche durch Trocknen der in Fig. 2 dargestellten Beschichtungsmasse 15 erhalten wurde. Durch den Trocknungsprozess und den damit verbundenen Volumenverlust der Beschichtungsmasse 15 ist die Substratoberfläche nicht mehr vollständig von dem durch Trocknung der Beschichtungsmasse 15 erhaltenen Primer 14 bedeckt. Weiterhin wird durch den Trocknungsprozess auch die Schichtdicke der Primerschicht 14 über den Unterschneidungen 6 verringert, wodurch der Film die Unterschneidungen nicht mehr vollständig überdeckt.
  • Wird ein entsprechendes, gestrichenes Papier 1 mittels Inkjet-Verfahren mit einer Lackschicht 7 beschichtet, so entstehen an Unterschneidungen und Hohlräumen durch das Auftreffen der Inkjettröpfchen Kanäle zu diesen Fehlstellen. Dies wird in Fig. 4 schematisch dargestellt und dazu, dass sich in der abgeschiedenen Lackschicht 7 Krater, sogenannte Pinholes 8, bilden. Diese stellen visuell auffällige Fehlstellen in der Lackschicht 7 dar, so dass sich das Substrat 1 nicht zur Oberflächenveredelung mittels Inkjet-Beschichtung eignet.
  • Der gleiche Effekt tritt auf, wenn das Substrat aus Fig. 1 wie in Fig. 2 dargestellt mit einer Primerbeschichtungsmasse versehen wurde, die nach dem Trocknen wieder einige Unterschneidungen aufweist, wie in Fig 3 gezeigt. Das führt nach Beschichtung mit einer Lackschicht mittels Inkjet-Verfahren ebenfalls zur Ausbildung von Kratern (sog. Pinholes) wie in Fig 4 dargestellt.
  • Fig. 5 zeigt ein gestrichenes Papier 1, welches mit einer Primerschicht 14 versehen und anschließend eine Lackschicht 7 mittels Ink-Jet-Verfahren aufgebracht wurde. Bei der Primerschicht 14 kann es sich beispielsweise um einen wässrigen Primer handeln. Hier wurden beim Trocknungsprozess durch Volumenschrumpf zuvor überdeckte Fehlstellen (vgl. Fig. 2) wieder eröffnet. Diese Fehlstellen erzeugen bei der über der Primerschicht aufgebrachten Lackschicht 7 Pinholes 8 als Fehlstellen.
  • In Fig. 6 wird schematisch ein erfindungsgemäß beschichtetes Substrat als erstes Ausführungsbeispiel gezeigt. Hier wurde die Lackschicht 7 ebenfalls mittels Inkjet-Druck aufgebracht, jedoch wird die Oberfläche des gestrichenen Papiers 1 vollständig von einer Versiegelungsschicht 9 bedeckt. Die Versiegelungsschicht 9 separiert somit die Oberfläche des gestrichenen Papiers 1 von der Lackschicht 7 und überdeckt die Hohlräume im gestrichenen Papier, die durch Unterschneidungen 6 gebildet werden. Dadurch, dass die Unterschneidungen vollständig abgedeckt sind, können bei der Inkjet-Beschichtung der Versiegelungsschicht 9 keine Kanäle auf Unterschneidungen entstehen. Somit weist die Lackschicht 7 keine Krater bzw. Pinholes auf und ist zur Oberflächenveredelung geeignet.
  • Zur Herstellung der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform der Erfindung wird das bereitgestellte, gestrichene Substrat 1 zunächst mit einer Beschichtungsmasse versehen. Dies kann beispielsweise durch ein Flexo-Druckverfahren, ein Siebdruckverfahren, durch Tiefdruck, mit einer Walze oder durch Aufrakeln oder Vorhanggießen erfolgen. Alternativ kann es sich bei der Beschichtung auch um eine Schlitzdüsenbeschichtung oder eine Mayer-Bar-Beschichtung handeln. Die Beschichtungsmasse enthält hierbei vernetzbare funktionelle Gruppen. Nach dem Aufbringen der Beschichtungsmasse auf die Oberfläche des Substrats 1 erfolgt die Vernetzung bzw. Aushärtung der Beschichtungsmasse über die vernetzbaren funktionellen Gruppen. Vorzugsweise sind die vernetzbaren Gruppen hierbei strahlenhärtend, so dass in Schritt c) die Vernetzung mit Hilfe einer UV-Lampe erfolgen kann. Hierbei erfolgt während der Vernetzung nur eine sehr geringe Volumenreduktion der Beschichtung, die vorwiegend auf den Polymerisationsschrumpf zurückzuführen ist. Durch die nur geringe Volumenreduktion während des Aushärtens kommt es, anders als beispielsweise bei wasserbasierten Primern (siehe Fig. 3), nicht zu einem Aufreißen der Schicht oberhalb von Unterschneidungen, die nicht vollständig von der Primerflüssigkeit gefüllt werden, und die ausgehärtete Versiegelungsschicht 9 weist somit eine geschlossene Oberfläche auf. Die ausgehärtete Versiegelungsschicht 9 stellt somit eine ideale Oberfläche für den in Inkjet-Druckprozess zur Abscheidung der Lackschicht 7 dar.
  • In Fig. 7 wird schematisch ein ungestrichenes Papier 2 dargestellt, welches mit einer Lackschicht 7 versehen wurde. Die Oberfläche des ungestrichenen Papiers 2 ist uneben und porös. Diese Porosität bedingt, dass ein Teil der Beschichtungsmasse zur Herstellung der Lackschicht im Zeitraum vom Auftrag bis zum Aushärten der Beschichtungsmasse durch Vernetzung oder Lösemittelschwund vom Papier absorbiert wird. Hierdurch wird die Schicht auf der Oberfläche des Substrates zunehmend dünner. Da die Substratoberfläche lokal unterschiedliche Absorptionseigenschaften aufweist, wird die Beschichtungsmasse an den unterschiedlichen Bereichen der Substratoberfläche unterschiedlich stark absorbiert, so dass die Beschichtungsdicke über die Substratoberfläche variiert und die Beschichtung somit fleckig erscheint. Das Substrat 2 ist somit nicht zur Oberflächenveredelung mittels Inkjet-Verfahren geeignet.
  • Fig. 8zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Druckerzeugnisses, wobei das Substrat wie in Fig. 3 ein ungestrichenes Papier 6 ist. Zwischen der Lackschicht 7 und der Papieroberfläche befindet sich auch hier eine Versiegelungsschicht 9, welche die Papieroberfläche versiegelt und eine geschlossene, homogene Oberfläche aufweist. Somit weist auch die Lackschicht 7 eine geringe Rauhheit und eine homogene, geschlossene Oberfläche auf.
  • In den Figuren 9 bis 11 werden schematisch Ausführungsformen mit besonders glatten Versiegelungsschichten 13 dargestellt. Diese Versiegelungsschichten 17 werden hierbei analog zu den in den Figuren 6 und 8 gezeigten Versiegelungsschichten 9 aufgebracht. Jedoch weisen die so aufgebrachten Beschichtungsmassen größere Schichtdicken auf. Weiterhin umfasst die Beschichtungsmasse bei diesen Ausführungsformen in einem Ausführungsbeispiel sog. Dualcure-Beschichtungszubereitungen. Diese Beschichtungszubereitungen sind wasserbasiert und enthalten zusätzlich strahlenhärtbare funktionelle Gruppen. Nach dem Auftrag der Beschichtungszubereitung auf dem Substrat 1 erfolgt in dieser Weiterbildung der Erfindung ein Trocknungsschritt. Die so erhaltene Schicht ist dabei thermoplastisch und bildet hierbei, ebenso wie in Fig. 6 gezeigte Versiegelungsschicht 9, zumindest teilweise die Unebenheiten der Substratoberfläche ab. Um dennoch eine dichte Schicht mit geringer Oberflächenrauhheit für den Inkjet-Druckprozess zu erhalten, erfolgt eine Verdichtung und Glättung der getrockneten Schicht durch Kalandrierung. Hierzu wird die Schicht mit einem polierten Edelstahlkalander verdichtet. Die so erhaltende kalandrierte Schicht 13 weist somit auch ohne weitere Vernetzung der funktionellen Gruppen eine geschlossene Oberfläche mit einer geringen Oberflächenrauhheit und einer ausreichend hohen mechanischen Stabilität für die nachfolgende Veredelung auf.
  • Die in Fig. 10 gezeigte Lackschicht 7 wurde mittels Inkjet auf der durch das Kalandrieren sehr glatten Schicht 13 aufgebracht. Die dabei erhaltene Oberflächengüte zeichnet sich dadurch aus, dass die Substratunebenheiten fast vollständig durch das Kalandrieren ausgeglichen sind und sich dadurch eine extrem glatte Lackoberfläche ausbildet. Durch die Härtung der Lackschicht 7 durch UV-Strahlung werden auch die in der kalandrierten Schicht 13 verbliebenen unvernetzten strahlenhärtbaren funktionellen Gruppen vernetzt
  • Fig. 11 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Lackschicht 16 plättchenförmige Metallpigmente (VMP-Farben) enthält. Durch die sehr glatte Oberfläche der kalandrierten Versiegelungsschicht 13 können sich diese parallel oder zumindest weitgehend parallel zur Substratoberfläche ausrichten, so dass ein sehr guter Spiegeleffekt ohne Verzerrungen durch die Substratunebenheiten erzielt werden kann.
  • Bei den Fig. 12 bis Fig. 14 handelt es sich um Mikroskopaufnahmen mit 12facher Vergrößerung mit koaxialem Auflicht verschiedener, mit Inkjet-Lackierung aufgetragener, flächigen Beschichtungsmuster auf Kartonsubstraten. Die in den Fig. 12 bis 13 dargestellten Proben weisen das gleiche Substrat 1 sowie die gleiche Zusammensetzung der Lackschicht 7 auf und unterscheiden sich durch die Vorbehandlung des Substrates vor der Inkjet-Lackierung zur Erzeugung der Lackschicht 7.
  • Die Lackschicht 7 wurde dabei lateral strukturiert aufgebracht, so dass der Bereich 17 das unbehandelte (Fig. 12) bzw. vorbehandelte (Fig. 13 bis 14) Substrat ohne Lackschicht 7 zeigt.
  • Die in Fig. 12 und Fig. 13 gezeigten Proben stellen hierbei Vergleichsproben dar, wobei das Substrat 1 in Fig. 12 vor dem Lackierungsvorgang nicht vorbehandelt wurde. Bei den in Fig. 13 und Fig.14 gezeigten Proben handelt es sich um zwei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Druckerzeugnisses. Hier wurde in beiden Fällen vor dem Lackiervorgang eine Versiegelungsschicht 9 aufgebracht. Die in Fig. 12 gezeigte Probe weist hierbei eine Versiegelungsschicht 9 mit einer Schichtdicke von 2,5 µm auf, die Schichtdicke der Versiegelungsschicht der in Fig. 13 gezeigten Probe beträgt 4,5 µm.
  • Während die in Fig. 12 gezeigten Bereiche 17 eine hohe Oberflächenrauhheit aufweisen, wird die Oberfläche durch die Versiegelungsschicht der in Fig. 13 und Fig. 14 gezeigten Proben geglättet. Des Weiteren zeigen die Fig. 11 bis Fig. 14 den Einfluss einer Versiegelungsschicht auf die Pinholedichte in der Lackschicht. Die Pinholes 8 sind in den Figuren als dunkle, punktförmige Defekte erkennbar. Die Pinholedichte, d.h. die durchschnittliche Anzahl der Pinholes 8 pro cm2 Beschichtungsfläche, nimmt dabei von Fig. 11 zu Fig. 14 stetig ab. Die höchste Pinholedichte mit ca. 2000/cm2 weist dabei die unmittelbar auf das unbehandelte Substrat 1 aufgebrachte Lackschicht 7 (Fig. 11) auf (bei einer Schichtdicke von 8g/m2). Die Pinholes 8 werden dabei durch das Nichtüberdecken, bzw. Öffnen von Unterschneidungen und Poren während des Inkjet-Druckvorgangs erzeugt. Auch eine Primerschicht 18, die durch Aufbringen einer entsprechenden wässrigen Beschichtungszubereitung auf dem Substrat 1 erzeugt wurde (Schichtdicke ca. 1g/m2 trocken), kann die Entstehung von Pinholes 8 nicht effektiv verhindern, da durch den hohen Volumen- bzw. Masseverlust der Beschichtungsmasse beim Trocknungsprozess die Unterschneidungen und Poren wieder teilweise freigelegt werden. Im Unterschied dazu weisen die in Fig. 12 und Fig. 13 gezeigten Ausführungsbeispiele wesentlich geringere Pinholedichten von 25/cm2 (Fig. 12) bzw. <1/cm2 (Fig. 13) auf. Dies ist auf die erfindungsgemäße Versiegelungsschicht 9 zurück zu führen, durch die Unterschneidungen und Poren des Substrates 1 dauerhaft abgedeckt werden. Dieser vorteilhafte Effekt der Versiegelungsschicht 9 ist dabei abhängig von deren Schichtdicke und nimmt mit zunehmender Schichtdicke zu.
    • Bezugszeichen
    • 1
    Substrat
    2
    Papier
    3
    Strich
    4
    anorganischer Füllstoff
    5
    Bindemittel
    6
    Unterschneidung
    7
    Lackschicht
    8
    Pinhole
    9
    Versiegelungsschicht
    13
    kalandrierte Schicht
    14
    wässriger Primer
    15
    Beschichtungsmasse
    16
    Farbe mit VM-Pigmenten
    17
    unbeschichteter Bereich

Claims (16)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Druckerzeugnisses umfassend zumindest die folgenden Verfahrensschritte a) bis d)
    a) Bereitstellen eines Drucksubstrates (1, 2), wobei das Drucksubstrat (1, 2) ein Papier oder ein Karton ist,
    b) Aufbringen einer Zubereitung zur Herstellung einer ersten Schicht als Versiegelungsschicht (9) auf zumindest eine Oberfläche des Substrates (1, 2), wobei die Zubereitung zur Herstellung der ersten Schicht zumindest ein Monomer, Oligomer oder Präpolymer mit zumindest einer vernetzbaren, funktionellen Gruppe enthält und die Zubereitung zur Herstellung der ersten Schicht (9) Beschichtungsmittel der Gruppe mit den Elementen isocyanatvernetzende Systeme, Polyurethane, Epoxidsysteme, Acrylate, Methacrylate, Polyvinylether, Polyester auf Malein- und Fumarsäurebasis, Styrolverbindungen und Siliconacrylate umfasst,
    c) Aushärten der in Schritt b) aufgebrachten Schicht (11) wobei die ausgehärtete erste Schicht (9) eine Schichtdicke im Bereich von 1 bis 10 µm aufweist und
    d) Aufbringen einer zweiten Schicht (7) auf die Oberfläche der in Schritt c) erzeugten ersten Schicht (9), wobei die in Schritt d) aufgebrachte zweite Schicht (7) in den bedruckten Bereichen eine geschlossene Oberfläche aufweist.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei in einem dem Schritt a) vorgelagerten Schritt auf zumindest einer Oberfläche des in Schritt a) bereit gestellten Drucksubstrates (2) ein Strich (3) aufgetragen wird und das in Schritt a) bereit gestellte Substrat (1) bevorzugt ein gestrichenes Papier oder ein gestrichener Karton ist.
  3. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das in Schritt a) bereit gestellte Substrat (2) ein ungestrichenes Papier oder ein ungestrichener Karton ist.
  4. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste Schicht (7) eine Dicke im Bereich von 1 bis 5 µm, bevorzugt von 2 bis 3 µm aufweist.
  5. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Zubereitung zu Herstellung der ersten Schicht zumindest ein Monomer, Oligomer oder Präpolymer mit einer vernetzbaren Gruppe enthält und in Schritt c) die Versiegelungsschicht durch Vernetzen der funktionellen Gruppen, bevorzugt durch UV-Strahlung, Elektronenstrahl oder thermische Behandlung, erhalten wird und die in Schritt b) aufgebrachte Zubereitung bevorzugt einen Reaktivverdünner als Lösungsmittel enthält.
  6. Verfahren gemäß Anspruch 5 wobei die in Schritt b) abgeschiedene Schicht gehärtet und nachfolgend vor Schritt d) kalandriert wird, wobei die gehärtete Schicht thermoplastisch ist. und wobei bevorzugt Schritt c) nach Schritt d) erfolgt und in Schritt c) die kalandrierte Schicht (13) gemeinsam mit der in Schritt d) abgeschiedenen Schicht vernetzt wird.
  7. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in Schritt b) die Zubereitung zur Herstellung der ersten Schicht durch ein Flexo-Druckverfahren, ein Siebdruckverfahren, durch Tiefdruck, mit einer Walze, durch Aufrakeln, mit einem Mayer-Bar, mit einer Schlitzdüse oder mittels Vorhanggießen auf das in Schritt a) bereit gestellte Substrat (1, 2) aufgetragen wird oder die in Schritt b) abgeschiedene Schicht eine vollflächige Walzenbeschichtung ist.
  8. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in Schritt d) eine Zubereitung mittels Ink-Jet-Druck auf die erste Schicht (9) aufgebracht wird, die Monomere, Oligomere und/oder Präpolymere mit zumindest einer vernetzbaren Gruppe enthält.
  9. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in einem dem Schritt d) nachgelagerten Schritt eine Vernetzung der in Schritt d) abgeschiedenen Schicht erfolgt.
  10. Druckerzeugnis umfassend ein Substrat (1, 2), eine erste Schicht (9) und eine zweite Schicht (8), wobei die erste Schicht (9) und die zweite Schicht (7) einen organischen, vernetzen Lack umfassen und eine geschlossene Oberfläche aufweisen, und wobei die erste Schicht (9) transparent ist und eine Schichtdicke im Bereich von 1 bis 10 µm aufweist, und wobei die zweite Schicht (7) zumindest bereichsweise auf der ersten Schicht (9) aufgebracht ist, so dass die erste Schicht (9) zwischen dem Substrat (1, 2) und der zweiten Schicht (7) angeordnet ist, wobei die zweite Schicht (7) ein vorzugsweise mittels Ink-Jet-Verfahren applizierter Digitaldruck ist, und die zweite Schicht (7) durch die erste Schicht (9) von der Substratoberfläche (1, 2) separiert wird, so dass die zweite Schicht (7) keinen Kontakt mit dem Substratmaterial hat, wobei das Substrat (1, 2) ein Papier oder ein Karton umfasst und wobei die erste Schicht (9) einen organischen, vernetzten Lack aus einem Beschichtungsmittel der Gruppe mit den Elementen isocyanatvernetzende Systeme, Polyurethane, Epoxidsysteme, Acrylate, Methacrylate, Polyvinylether, Polyester auf Malein- und Fumarsäurebasis, Styrolverbindungen und Siliconacrylate, umfasst.
  11. Druckerzeugnis gemäß Anspruch 10, wobei das Substrat (1, 2) zumindest auf einer Oberfläche eine bindemittelhaltige, partikuläre Beschichtung (3) aufweist und die erste Schicht (9) auf der bindemittelhaltigen, partikulären Beschichtung (3) aufgebracht ist und das Substrat (1) bevorzugt ein gestrichenes Papier oder einen gestrichenen Karton umfasst.
  12. Druckerzeugnis gemäß einem der Ansprüche 10 oder 11 wobei die erste Schicht (9) eine Schichtdicke im Bereich von 1 bis 5 µm, bevorzugt von 2 bis 3 µm aufweist.
  13. Druckerzeugnis gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die zweite Schicht (7) lateral strukturiert auf der ersten Schicht (9) aufgebracht ist und/oder vernetzt ist.
  14. Druckerzeugnis gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die zweite Schicht (7) eine geschlossene und homogene Oberfläche aufweist. und/oder Druckerzeugnis eine Pinholedichte < 30 /cm2, bevorzugt < 1 /cm2 aufweist.
  15. Druckerzeugnis gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass sich die erste Schicht (9) und die zweite Schicht (7) in ihrem Glanzgrad unterscheiden, wobei die zweite Schicht (7) bevorzugt einen höheren Glanzgrad als die erste Schicht (9) aufweist.
  16. Druckerzeugnis gemäß dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht (9) anorganische oder organische Partikel enthält und/oder einen Kalanderlack umfasst.
EP20728713.7A 2019-05-28 2020-05-25 Verfahren zur lackierung von substraten sowie lackierte substrate Active EP3976881B1 (de)

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