ES2282506T3 - Procedimiento y aparato para imprimir por contacto con suministro de agente antiadherente a traves de una superficie de impresion porosa. - Google Patents
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Abstract
Un método para imprimir un líquido sobre un material (20) en forma de hoja, caracterizado por las etapas de: proporcionar una superficie (30) de impresión porosa que tiene orificios (32); extruir un primer líquido (100) desde los orificios (32) de la superficie de impresión sobre la superficie (30) de impresión; aplicar un segundo líquido (200) sobre y en contacto con el primer líquido (100) de la superficie (30) de impresión y poner en contacto el material (20) en forma de hoja con la superficie (30) de impresión para imprimir el segundo líquido (200) sobre el material (20) en forma de hoja. en donde la superficie (30) de impresión tiene una zona con motivo (60) y una zona sin motivo (62).
Description
Procedimiento y aparato para imprimir por
contacto con suministro de agente antiadherente a través de una
superficie de impresión porosa.
Esta invención se refiere a procesos y aparatos
para la impresión por contacto de líquidos sobre materiales en
forma de hoja.
En la impresión por contacto se aplica un agente
de impresión sobre una superficie de impresión, se imprime un
material en forma de hoja contra la superficie de impresión y a
continuación el material en forma de hoja se separa de la
superficie de impresión. Los procesos y los aparatos para dicha
impresión por contacto pueden adoptar muchas formas. Por ejemplo,
la superficie de impresión se puede conformar sobre una placa o
bloque planos, en una estructura cilíndrica o cilindro, en una
placa desmontable montada sobre una estructura cilíndrica o
rodillo, o en cualquier otra forma necesaria o adecuada. El material
en forma de hoja se puede procesar como una cinta continua, como
hojas individuales, como una cinta ya parcialmente separada en hojas
individuales, tal como mediante perforación, como hojas o cintas
individuales dobladas, etcétera. El agente de impresión puede ser
una tinta, un tinte, un adhesivo o cualquier otro material que tenga
las propiedades de fluidez necesarias para la aplicación de
impresión en cuestión. El agente de impresión se puede aplicar sobre
la superficie de impresión mediante un aplicador, tal como un
rodillo, o se puede extruir a través de una placa de impresión
porosa sobre la superficie de impresión.
En un proceso de impresión por contacto, el
agente de impresión puede acumularse sobre la superficie de
impresión y formar una protuberancia dura o una masa que puede
desprenderse de la superficie de impresión y contaminar el proceso.
También, el agente de impresión puede adherirse tanto a la
superficie de impresión como al material en forma de hoja con una
fuerza suficiente como para provocar la ruptura o la distorsión del
material en forma de hoja al separarse de la superficie de
impresión. Por ejemplo, el evitar rupturas o distorsiones es
especialmente importante cuando se imprime un adhesivo
relativamente agresivo sobre una película relativamente fina y
adaptable, como sucede en la fabricación de películas para envolver
alimentos o envases para alimentos, aunque puede ser especialmente
difícil de conseguir.
Es preferible evitar o minimizar la fuerte
adhesión del agente de impresión a la superficie de impresión en
lugar de añadir etapas al proceso o ampliar el equipo para intentar
compensar su ocurrencia. Por ejemplo, un agente antiadherente como
un aceite puede ser aplicado externamente al rodillo de impresión
mediante un rodillo aplicador, una brocha o un aplicador que no sea
de contacto. Un método de este tipo es limitado en cuanto a su
utilidad debido a consideraciones prácticas, como es la necesidad de
disponer de un espacio inmediatamente adyacente al rodillo 16 de
impresión y la dificultad inherente al intento de aplicar el agente
antiadherente en cantidades iguales por unidad de área sobre partes
específicas de la superficie de impresión que corresponden a las
zonas donde se aplicará el agente de impresión con el fin de
minimizar el uso del agente de impresión y la posibilidad de
contaminación del proceso por un exceso de agente antiadherente.
También, la aplicación externa uniforme de un
agente antiadherente en forma pura a un ritmo relativamente lento
es difícil de conseguir. Se puede usar una emulsión de un agente
antiadherente para facilitar la aplicación externa, pero el
emulsionante frecuentemente tiene propiedades no deseables en cuanto
al proceso y al producto terminado. Por consiguiente, podría ser
necesario volatilizar una parte de la emulsión inmediatamente
después de su aplicación a la superficie de impresión, por ejemplo,
mediante la aplicación de energía calorífica. Sin embargo, la
temperatura requerida para la volatilización podría ser excesiva
para el material del que está hecha la superficie de impresión, el
cual frecuentemente se selecciona en función de su facilidad de
mecanizado.
Además, los procesos de impresión en los cuales
el agente de impresión se extruye a través de una placa de
impresión porosa presentan dificultades adicionales con respecto a
la inhibición de la adhesión del agente de impresión a la
superficie de impresión. Estas dificultades surgen de la aplicación
directa del agente de impresión a la superficie de impresión y de
la imposibilidad efectiva resultante del uso de un agente
antiadherente de aplicación externa debido a la imposibilidad de
aplicar el agente antiadherente sobre la superficie de impresión
bajo el agente de impresión.
Un método alternativo para evitar la adhesión
del agente de impresión a la superficie de impresión es usar una
placa de impresión impregnada con una cantidad fija de un agente
antiadherente, el cual se agota tras varios ciclos del proceso. En
este método, el agotamiento progresivo del agente antiadherente
puede conducir a una reducción progresiva de la eficacia. Un método
similar es fabricar la superficie de impresión con un material tal
como caucho de silicona o un uretano que tenga buenas propiedades
antiadherentes. Sin embargo, una placa de impresión fabricada de un
material de este tipo frecuentemente carece de la durabilidad
deseada. Otro método es aplicar a la superficie de impresión un
agente antiadherente más duradero, el cual se puede renovar cuando
está gastado o degradado. Ejemplos de estos tipos de agentes
antiadherentes duraderos son diversos recubrimientos de plasma,
recubrimientos de polímero y películas u hojas de dichos materiales,
los cuales se pueden fijar a la superficie de impresión. Sin
embargo, el uso de dichos materiales duraderos requiere un control,
mantenimiento y sustitución continuos de los materiales para
mantener su eficacia. Asimismo, el daño de dichos materiales o su
fallo estructural puede producir la contaminación del proceso.
Otro método alternativo para evitar la adhesión
del agente de impresión a la superficie de impresión es aplicar un
recubrimiento de baja energía superficial a la superficie de
impresión. Por ejemplo, los recubrimientos basados en silicona y
basados en fluropolímero podrían tener las propiedades
antiadherentes deseadas. Sin embargo, algunos de los recubrimientos
de baja energía superficial carecen de la suficiente durabilidad
para su uso práctico en contacto con los procesos de impresión por
contacto. Asimismo, las temperaturas de curado requeridas para la
aplicación adecuada de algunos de estos recubrimientos son
superiores a las temperaturas a las cuales se puede producir el
envejecimiento o bien un fallo en los materiales de los cuales están
hechas las placas de impresión. Por ejemplo, podría no ser práctico
aplicar un fluoropolímero que tuviese una temperatura de curado de
aproximadamente 400 grados C a un material estructural con una
temperatura de fluencia de aproximadamente 110 grados C y una
temperatura de fallo de aproximadamente 200 grados C.
Otro método es mantener una condición del
proceso en la cual el agente de impresión no se adhiera fuertemente
a la superficie de impresión. Por ejemplo, se puede evitar que
algunos adhesivos se adhieran fuertemente a una superficie
manteniendo dicha superficie a una temperatura suficientemente alta.
Sin embargo, la alta temperatura requerida podría ser excesiva para
que el material en forma de hoja se imprima en un proceso de
impresión por contacto. Además, a la temperatura requerida, el
adhesivo podría fluir sobre otras superficies donde su presencia
sería problemática. En otro ejemplo, se podría impedir que un
adhesivo se adhiriese a una superficie congelando esa superficie a
una temperatura a la cual la humedad atmosférica se condensa y forma
una capa de agua sobre la superficie. Sin embargo, la presencia de
agua en su estado líquido es a menudo problemática. También, las
velocidades de condensación y acumulación de agua sobre la
superficie dependen de la humedad relativa, de la velocidad a la
cual el material en forma de hoja elimina el agua de la superficie
así como de otros factores. Las variaciones en estos factores
pueden conducir a la acumulación de hielo sobre la superficie, lo
cual a menudo es inaceptable. Además, la congelación de una
superficie a una temperatura de condensación requiere de forma
típica la existencia de un canal cercano a la superficie para la
circulación de un congelante, lo cual limita la configuración de la
placa de impresión.
Por consiguiente, existe la necesidad de un
proceso de impresión por contacto y de un aparato en el cual se
pueda impedir la adhesión a una superficie de impresión de un agente
de impresión y de un material en forma de hoja sobre el cual se
imprima sin la aplicación externa de un agente antiadherente, sin
agotamiento progresivo de una cantidad fija de un agente
antiadherente, sin una superficie de impresión no duradera, sin una
fuente de contaminación del proceso en forma de un agente
antiadherente duradero o de una condición del proceso extrema.
La patente
EP-A-0 392 826 describe métodos de
formación de imágenes y aparatos para la formación de imágenes.
La presente invención proporciona métodos y
aparatos en donde un primer líquido se extruye a través de una
placa de impresión porosa a su superficie de impresión, que tiene
una zona con motivo y una zona sin motivo, un segundo líquido se
aplica externamente sobre el primer líquido en la superficie de
impresión y un material en forma de hoja se pone en contacto con la
superficie de impresión con el fin de imprimir el segundo líquido
sobre el material en forma de hoja. En algunas realizaciones, el
primer líquido es un agente antiadherente, el segundo líquido es un
agente de impresión que se aplica sobre el agente antiadherente en
la superficie de impresión y un material en forma de hoja se pone
en contacto con el agente de impresión en la superficie de
impresión para imprimir el agente de impresión sobre el material en
forma de hoja, en donde el agente antiadherente evita la adhesión
del agente de impresión y del material en forma de hoja a la
superficie de impresión y permite de este modo que el material en
forma de hoja resulte fácilmente separable de la superficie de
impresión. En algunas realizaciones, el agente de impresión es un
adhesivo y el agente antiadherente evita que el adhesivo se adhiera
fuertemente o se acumule sobre la superficie de impresión.
La Figura 1 muestra una visión general del flujo
de proceso y del aparato de la presente invención.
La Figura 2 muestra una parte de la placa de
impresión porosa de la presente invención.
La Figura 3 muestra una parte de la placa de
impresión porosa que tiene partículas alojadas en los pasajes.
La Figura 4 muestra una parte de la placa de
impresión porosa con capas del primero y segundo líquidos sobre la
superficie de impresión.
La Figura 5 muestra una parte de la superficie
de impresión que tiene zonas con motivo y sin motivo.
La Figura 6 muestra una parte de la placa de
impresión porosa que tiene un orificio cerrado en la superficie de
impresión.
La Figura 7 muestra una parte de la placa de
impresión porosa que tiene áreas elevadas y no elevadas.
La Figura 8 muestra una parte de la placa de
impresión porosa que tiene áreas elevadas y no elevadas y que tiene
orificios cerrados en las áreas no elevadas.
La Figura 9 muestra una parte de la placa de
impresión porosa que tiene áreas elevadas y no elevadas y que tiene
orificios cerrados en las áreas no elevadas, con capas del primero y
segundo líquidos sobre la superficie de impresión.
Para los fines de esta descripción, la expresión
"placa de impresión" se utiliza para indicar un componente o
una unidad que tiene una superficie preparada designada como
"superficie de impresión" y con la cual se realiza la
impresión de un material en forma de hoja contra la superficie de
impresión. Dentro de este significado se incluyen las diversas
formas que un componente o unidad pueden adoptar, como una placa o
bloque planos, una estructura cilíndrica o rodillo, una placa
desmontable montada sobre una estructura cilíndrica o rodillo, o
cualquier otra forma conveniente requerida. Se pueden usar los
términos correspondientes tales como "cilindro de impresión",
"rodillo de impresión" y "estructura cilíndrica de
impresión" para indicar la forma específica de una placa de
impresión que se va a describir con respecto a una realización
particular. Cuando se describe una forma específica o realización
de este tipo, se pretende que las características descritas de esa
forma o realización relevantes para la presente invención se
entiendan también como aplicables a las otras formas y
realizaciones.
En esta descripción, la impresión sobre un
material en forma de hoja se describe en términos del material en
forma de hoja contra el que se va a imprimir, o con el que se pone
en contacto, una superficie de impresión. Estas expresiones están
previstas que transmitan los conceptos de impresión por contacto y,
por consiguiente, incluyen la presencia de un agente de impresión
entre la superficie de impresión real y el material en forma de
hoja, es decir, no se requiere el contacto directo del material en
forma de hoja y la superficie de impresión en ausencia de cualquier
agente de impresión intermedio para que se considere que los dos
están en un estado de impresión o en contacto.
La presente invención se puede usar para
imprimir un material 20 en forma de hoja en un aparato 10 mostrado
esquemáticamente en la Figura 1. El aparato 10 puede estar integrado
en una línea de fabricación, de modo que el material 20 en forma de
hoja impreso se puede fabricar "en línea". En la presente
memoria, la expresión "integrado" se refiere a módulos del
proceso interconectados que funcionan simultáneamente para producir
productos terminados a partir de materiales fuente. La expresión
"en línea" se utiliza para referirse al proceso de fabricación
de un elemento de un producto terminado en un aparato que está
integrado en la línea de fabricación.
En esta realización, el material 20 en forma de
hoja es una cinta 22, la cual puede comprender un único material o
un material estratificado compuesto de materiales adecuados. Por
ejemplo, en una realización en la cual el proceso de la presente
invención se utiliza para fabricar una película para envolver
alimentos o envases para alimentos, la cinta 22 puede comprender
una película de polietileno de alta densidad. Una película para
envolver alimentos puede tener un espesor de al menos
aproximadamente 0,005 mm. Asimismo, una película para envolver
alimentos puede tener un espesor máximo de aproximadamente 0,05 mm.
En algunas realizaciones, la cinta 22 puede comprender, por
ejemplo, una película monolítica, una película moldeada, una espuma,
un material no tejido, un material de papel, o cualquier otro
material en forma de hoja. En algunas realizaciones, el material 20
en forma de hoja puede tener la forma de una hoja individual, tal
como una hoja de papel, un producto de madera laminado o una
superficie de otro producto manufacturado, por ejemplo.
La cinta 22 se introduce en el aparato 10
mediante un sistema de suministro de la cinta (no mostrado en las
Figuras). El sistema de suministro de la cinta preferiblemente
introduce la cinta 22 en el aparato 10 a una velocidad de entrada
determinada y manteniendo un nivel de tensión determinado. Cada
sistema de suministro de la cinta preferiblemente comprende un
sistema desenrollador, un sistema de tensado y medición y un
dispositivo de seguimiento. El sistema de tensado y medición
preferiblemente comprende un dispositivo de tensado, tal como un
rodillo flotante, un sistema de medición, como un cilindro accionado
o un par de cilindros de enrollamiento en forma de S y un sistema
de retroalimentación para controlar la velocidad del sistema
desenrollador. Los sistemas de suministro de la cinta son
comercializados por Curt G. Joa Corporation de Sheboygan Falls,
Wisconsin, EE.UU. El dispositivo de seguimiento preferiblemente
guía la cinta 22 para colocar la línea central de la cinta que sale
del dispositivo de seguimiento en una posición lateral
predeterminada. Un dispositivo de seguimiento fabricado por Fife
Corporation of Oklahoma City, Oklahoma, EE.UU., con el nombre
comercial Fife A9 es un ejemplo de dispositivo de seguimiento
adecuado.
Examinando el proceso de la Figura 1 con mayor
detalle, la cinta 22 se introduce en el aparato 10 en la dirección
de la máquina. En la presente memoria, la expresión "dirección de
la máquina" se refiere a la dirección general del movimiento de
los materiales que son procesados. La dirección de la máquina se
muestra mediante las flechas MD, las cuales señalan la dirección
corriente abajo en la dirección de la máquina. La expresión
"corriente abajo" se refiere en la presente memoria a una
posición o una dirección dirigida hacia las últimas etapas del
proceso, con respecto a otra posición, mientras que la expresión
"corriente arriba" se refiere en la presente memoria a una
posición o dirección dirigida hacia las etapas más iniciales del
proceso, respecto a otra posición, es decir, en el sentido
contrario a la corriente abajo. La expresión "en dirección
transversal a la máquina" se refiere a ambos pares de vectores
opuestos que definen un eje generalmente en el plano del material en
forma de cinta que está siendo procesado y perpendicular a la
dirección de la máquina. La expresión "dirección ortogonal" se
refiere a una dirección generalmente ortogonal tanto a la dirección
de la máquina como a la dirección transversal de la máquina. En
general, en un proceso de impresión por contacto en cinta típico,
la cinta se introduce en la dirección de la máquina, es guiada en la
dirección transversal de la máquina y se imprime contra la placa de
impresión en la dirección ortogonal.
La placa 14 de impresión en la realización de la
Figura 1 tiene forma de un rodillo 16 de impresión y comprende un
cilindro 70 de proceso que tiene una estructura cilíndrica 74. La
expresión "rodillo de proceso" o, de forma alternativa,
"cilindro de proceso", se utiliza en la presente memoria para
designar un elemento de una máquina que es conocido en la técnica
por tener habitualmente un árbol alineado con su eje longitudinal,
una estructura que generalmente está montada sobre un cuerpo sólido
o una cubierta sobre el árbol, una estructura de soporte asociada
que tiene un cojinete de árbol y un sistema motriz asociado, si el
rodillo está accionado. Una cavidad 78 interior es formada mediante
la estructura cilíndrica 74 y una o más fracciones. La estructura
74 tiene una superficie interior 76 que delimita la cavidad 78
interior y una superficie exterior 72, la cual es la superficie 30
de impresión. Puede conectarse una unión de rotación al árbol para
comunicar con la cavidad 78 interior. Un rodillo 16 de impresión de
este tipo puede girar a una velocidad tangencial que es igual o
diferente a la velocidad en la dirección de la máquina de la cinta
22, dependiendo de las características deseadas de la cinta
impresa. En otras realizaciones, en las cuales la placa de impresión
tiene una forma diferente a la de un rodillo, como la de una placa
o un bloque planos, la placa de impresión se puede mover en la
dirección de la máquina a una velocidad igual o diferente a la
velocidad en la dirección de la máquina de la parte de la cinta 22
sobre la cual se está produciendo la impresión. En algunas
realizaciones, la cinta 22 puede ralentizarse o detenerse mientras
se está imprimiendo contra la superficie 30 de impresión.
La estructura 74 cilíndrica del cilindro 70 de
proceso es porosa, lo que significa que tiene orificios en su
interior y en las superficies de impresión y contiene pasajes 36 que
comunican los orificios 34 de la superficie interior con los
orificios 32 de la superficie de impresión, es decir, entre la
cavidad interior 78 y la superficie 30 de impresión exterior, como
se muestra en la Figura 2. La estructura 74 puede hacerse porosa
mediante diferentes técnicas de fabricación. Por ejemplo, la
estructura 74 se puede trabajar a máquina para formar los pasajes
36, la estructura 74 puede ser fundida o moldeada con los pasajes
36, o la estructura 74 puede ser ensamblada como materiales
compuestos conformando pasajes 36. Dichas técnicas de fabricación
pueden incluir etapas tales como la fundición de la estructura 74
con materiales extraibles presentes y a continuación la extracción
de estos materiales para abrir los pasajes 36. En general, para la
estructura 74 se puede usar un material que tiene interconectados
espacios vacíos conformando pasajes 36 a través de su espesor.
Podría ser deseable utilizar un material que tuviera una porosidad
prácticamente uniforme. Tanto los orificios como los pasajes 36
tienen una distribución de tamaño, siendo la distribución de los
tamaños a través de todo el material lo suficientemente aleatoria
como para que la porosidad y, por consiguiente, la permeabilidad,
sean prácticamente uniformes sobre cualquier sección transversal
seleccionada. Se pueden usar varios materiales comerciales para la
estructura 74 porosa, tal como metales de polvo sinterizado
porosos, p. ej., acero inoxidable de polvo sinterizado poroso,
materiales porosos de metal granulado unidos a resina, hojas
perforadas, materiales poliméricos porosos, materiales compuestos
de matriz metálica o cerámica, etc. Un ejemplo es un material colado
fabricado a partir de gránulos de aluminio unidos a una resina
epoxi.
Podría ser necesario reducir la porosidad de un
material comercial de este tipo con el fin de hacerlo utilizable en
el proceso de la presente invención. Una reducción de la porosidad
de este tipo puede verse afectada por la modificación del material
comercial mediante la impregnación o infiltración de partículas 38
de otro material, como un material cerámico, en algunos o en todos
sus pasajes 36, como se ve en la Figura 3. Las partículas 38
alojadas en los pasajes 36 sirven para limitar el flujo del líquido
a través de los pasajes afectados 36. Un material se selecciona de
tal modo que pueda resistir el intervalo de temperatura esperado y
sea inerte en presencia del fluido que posteriormente fluirá a
través del material poroso. Las partículas de este material se
fuerzan a continuación dentro de los orificios y los pasajes del
material poroso. Por ejemplo, un material poroso puede tener
orificios y pasajes 36 cuyas dimensiones en abierto efectivas
oscilen de 0,1 a 10 micrómetros. Las partículas cerámicas que
tienen un diámetro de 0,01 a 5 micrómetros se pueden ver forzadas
por la presión a fluir dentro del material poroso. Algunas de las
partículas se quedarán atrapadas dentro de un orificio o pasaje 36,
reduciendo así su área de apertura y limitando el flujo hacia ese
área. La cantidad de limitación de flujo que se consigue es función
de la cantidad y del tamaño de las partículas 38 atrapadas en el
material poroso. Esto se puede controlar a través de la velocidad
de entrada de partículas, la distribución del tamaño de partículas,
la presión de impulso y el tiempo de infiltración, hasta conseguir
la permeabilidad deseada.
La superficie 30 de impresión puede tener un
recubrimiento 46 antiadherente duradero. Un material que proporcione
un efecto bajo de energía superficial en su forma sólida o
semisólida puede ser adecuado para usar como un recubrimiento 46
antiadherente sobre la superficie 30 de impresión. Por ejemplo, a la
superficie 30 de impresión se le puede aplicar como recubrimiento
antiadherente 46 un recubrimiento de plasma, un recubrimiento que
contiene un compuesto de silicona o un recubrimiento de
fluoropolímero. Como se ha mencionado anteriormente, el uso de un
material duradero de este tipo puede no ser deseable en algunas
realizaciones. Sin embargo, el uso de un recubrimiento 46
antiadherente duradero de este tipo junto con la extrusión de un
agente antiadherente o de otro primer líquido puede ser
especialmente útil en algunas realizaciones de la presente
invención. En efecto, en algunos casos, el líquido extruido puede
amortiguar o proteger al recubrimiento 46 antiadherente y de este
modo aumentar su vida efectiva. En algunas realizaciones, partes de
la superficie 30 de impresión pueden estar terminadas o pulidas
hasta un alto nivel, dando lugar así a una baja energía superficial
sin, o además de, un recubrimiento de energía superficial baja. Por
ejemplo, una superficie de impresión que esté terminada hasta un
nivel de acabado superficial de aproximadamente Ra de 315
micrómetros puede ser adecuada para usar en un proceso de impresión
de una película. Como se conoce en la técnica, la expresión Ra
expresa el promedio aritmético de la desviación superficial de una
línea central a través del relieve en una superficie.
Un primer líquido 100 y un segundo líquido 200
son suministrados al proceso mediante sistemas de suministro de
líquido (no mostrados en las Figuras). Cada sistema de suministro de
líquido preferiblemente suministra su líquido en una condición
determinada. Por ejemplo, un líquido puede ser suministrado a una
determinada velocidad volumétrica o de alimentación de la masa, a
una determinada presión, a una determinada temperatura, a un
determinado estado de otro parámetro o en una combinación de dos o
más de estas condiciones. Cada sistema de suministro de líquido
preferiblemente incluye un sistema de suministro, un sistema de
transporte del líquido y un sistema de control. En un sistema que
suministra un líquido a un determinado caudal, por ejemplo, el
sistema de control preferiblemente incluye un dispositivo de
medición, tal como un sensor de flujo, un sistema de medida, tal
como una bomba de desplazamiento positivo, y un sistema de
retroalimentación para controlar la velocidad de entrada. Cada
líquido se puede suministrar de forma continua o intermitente. Por
ejemplo, en algunas realizaciones, la interacción de las
características de flujo del primer líquido 100 con la estructura
de los pasajes 36 puede ser tal que con un suministro intermitente o
pulsado del primer líquido 100 se consiga la extrusión deseada
sobre la superficie 30 de impresión. Para algunas realizaciones,
también puede ser adecuado un suministro continuo.
El primer líquido 100 se suministra a la cavidad
interior 78 del rodillo 70 de proceso y desde allí se extruye a
través de los pasajes 36 de la estructura 74 porosa y desde los
orificios de la superficie 32 de impresión sobre la superficie
exterior 72. La dirección de este flujo a través de los pasajes 36
de la estructura 74 porosa está indicada por flechas 102 en las
Figuras 1, 2 y 6 a 9. El primer líquido 100 puede comprender un
único material o una mezcla de materiales, una solución o una
suspensión de materiales adecuados. Por ejemplo, en algunas
realizaciones, el primer líquido 100 puede comprender un agente
humectante, un agente lubricante, un agente antiadherente, un
agente catalítico, un agente activante o cualquier otro material
adecuado para el fin previsto. En realizaciones en las cuales se
extruye un agente antiadherente como el primer líquido 100, el
agente antiadherente puede contener cualquiera de diversos
materiales que pueden ser adecuados para evitar la adhesión del
segundo líquido 200 o del material 20 en forma de hoja a la
superficie 30 de impresión. En general, se puede usar cualquier
material líquido que sea compatible con el material estructural del
aparato 10 de impresión y con el segundo líquido 200 y el material
20 en forma de hoja. En realizaciones particulares, una forma de
silicona, aceite mineral, otros aceites, mezclas de fluoropolímeros,
agua y otros muchos materiales líquidos que proporcionen un efecto
de baja energía superficial sobre la superficie 30 de impresión
pueden ser adecuados para usar como agentes antiadherentes. En una
realización en la cual el proceso de la presente invención se
utiliza para fabricar una película para envolver alimentos o
recipientes para alimentos, por ejemplo, el primer líquido 100
puede ser un agente antiadherente que contiene un material de tipo
polisiloxano, tal como una silicona pura.
El segundo líquido 200 se aplica sobre y en
contacto con el primer líquido 100 de la superficie exterior 72 del
rodillo 70 de proceso, como se muestra en las Figuras 1, 4 y 9. El
segundo líquido 200 se puede suministrar a un aplicador 18 que
tiene la forma de un rodillo, una brocha, un extrusor, un
pulverizador o cualquier otra forma adecuada para aplicar el
segundo líquido 200. El segundo líquido 200 puede comprender un
único material o una mezcla de materiales, una solución o una
suspensión de materiales adecuados. Por ejemplo, en algunas
realizaciones, el segundo líquido 200 puede comprender una tinta, un
tinte, un adhesivo, un agente catalítico, un agente activante o
cualquier otro material adecuado pare el uso previsto. En una
realización en la cual se usa el proceso de la presente invención
para fabricar una película para envolver alimentos o recipientes
para alimentos, por ejemplo, el segundo líquido 200 puede ser un
adhesivo sensible a la presión.
El material 20 en forma de hoja se pone en
contacto con el segundo líquido 200 en la superficie exterior 72
del rodillo 16 de impresión para imprimir el segundo líquido 200
sobre el material 20 en forma de hoja. El nivel de fuerza o presión
que se requiere para imprimir el segundo líquido 200 sobre el
material 20 en forma de hoja varía según los diferentes líquidos y
el material 20 en forma de hoja que se va a procesar. Por ejemplo,
para imprimir un líquido que tiene una viscosidad relativamente baja
en un material 20 en forma de hoja que tiene una absorbencia
relativamente alta puede requerirse relativamente poca presión. Sin
embargo, para imprimir un líquido relativamente muy viscoso sobre
un material 20 en forma de hoja que tiene una superficie
relativamente dura puede requerirse un nivel de presión
relativamente alto. En algunas realizaciones para imprimir en cintas
continuas, el mantenimiento de algún nivel aceptable de tensión de
la cinta en la dirección de la máquina, combinada con el recorrido
de la cinta 22 de modo que se envuelva el rodillo 16 de impresión
sobre un arco relativamente pequeño, podría ser suficiente para
generar el nivel requerido de presión. Por lo tanto, en una
realización de este tipo, el sistema de tensado de la cinta y los
rodillos u otros componentes que guían la cinta sobre un arco en el
rodillo de impresión pueden actuar como mecanismo de impresión. En
algunas realizaciones se puede requerir un mecanismo de impresión
más complejo para generar la presión requerida. Por ejemplo, en el
aparato 10 de la Figura 1, un mecanismo de impresión de este tipo
puede tener la forma de un rodillo de placa 12 que sirve para
imprimir el material en forma de hoja 20 situado entre éste y un
rodillo 16 de impresión contra la superficie 30 de impresión. En
otro ejemplo, en una realización que tiene una placa de impresión
plana, la correspondiente placa plana puede servir para imprimir el
material 20 en forma de hoja situado entre ésta y la placa de
impresión contra la superficie 30 de impresión, o se puede mover un
rodillo de placa atravesado para imprimir progresivamente el
material 20 en forma de hoja contra la placa de impresión plana.
Parte o todo el primer líquido 100 se puede
mezclar o hacer reaccionar con el segundo líquido 200. Dependiendo
de las características de los líquidos, el mezclado o la reacción
pueden comenzar tan pronto como el segundo líquido 200 se aplique o
posteriormente, como cuando la presión ejercida por el material 20
en forma de hoja al imprimirse contra la superficie 30 de impresión
provoca la mezcla de los dos líquidos. En realizaciones en la
cuales reacciona el primer líquido con el segundo líquido, la
reacción se puede completar mientras los dos líquidos están sobre
la superficie 30 de impresión o después de la impresión sobre el
material 20 en forma de hoja. Como ejemplo de una realización de
este tipo, la presente invención se puede usar para mezclar y
activar un adhesivo de dos partes en el punto de su aplicación a un
material 20 en forma de hoja. El mezclado parcial de un adhesivo de
dos partes, tal como una resina epoxi y un endurecedor, puede tener
lugar sobre la superficie 30 de impresión siempre que se evite la
adhesión del adhesivo mezclado contra la superficie 30 de
impresión. En algunos casos, podría ser posible mezclar las dos
partes cuando se imprime el material 20 en forma de hoja, de modo
que el fluido extruido a través de la superficie de impresión 30
actúe como un agente antiadherente para evitar la adhesión del
segundo fluido o del adhesivo mezclado contra la superficie 30 de
impresión. De modo similar, un líquido que contiene un material
volátil se puede combinar con otro líquido e imprimirse en un
material 20 en forma de hoja mediante el uso de la presente
invención.
Un aparato 10 de la presente invención puede ser
en cierta medida autolimpiador, ya que el primer líquido 100 se
suministra a presión desde debajo de la superficie en la cual podría
producirse una acumulación del segundo líquido 200 y, por
consiguiente, desde debajo de dicha acumulación. El procesamiento de
un líquido o material 20 en forma de hoja que de otra manera serían
inadecuados podría ser factible gracias a este aspecto
autolimpiador de la presente invención, especialmente, por ejemplo,
en una realización como se ha descrito anteriormente en la cual se
mezcla un adhesivo de dos partes, o en otra realización en la cual
la naturaleza de un material o de un producto previsto impide el
uso de un agente antiadherente como el primer líquido 100.
Después de que el segundo líquido 200 se imprima
sobre el material en forma de hoja 20, el material en forma de hoja
20 se separa de la superficie de impresión 30. En una realización de
la cinta, la tensión en la dirección de la máquina presente en la
cinta 22 puede ser suficiente para arrancar la cinta 22 de la
superficie de impresión 30. Como se ha indicado anteriormente, en
una realización en la cual se imprime un adhesivo relativamente
agresivo sobre una película relativamente fina y adaptable, como en
el caso de la fabricación de una película para envolver alimentos o
recipientes para alimentos, es especialmente importante evitar las
roturas o distorsiones. Por consiguiente, en una realización de
este tipo, la presente invención podría proporcionar un beneficio
importante evitando de forma fiable la adhesión del adhesivo y de la
película a la superficie 30 de impresión haciendo así que sea
factible separar la película impresa de la superficie 30 de
impresión con un nivel aceptablemente bajo de tensión en la
dirección de la máquina. Como se ve en la Figura 1, parte o todo el
primer líquido 100 se puede eliminar de la superficie 30 de
impresión y viajar con el material 20 en forma de hoja cuando el
material 20 en forma de hoja se separa de la superficie 30 de
impresión.
La cantidad del primer líquido y del segundo
líquido suministrada al proceso puede ser controlada de varias
maneras y con respecto a otra serie de factores. En algunas
realizaciones, dado que el segundo líquido 200 es el agente de
impresión, la cantidad del segundo líquido 200 puede ser controlada
en relación con el área del material 20 en forma de hoja que se va
a procesar. En una realización en la cual se imprime una película
para envolver alimentos o recipientes para alimentos con un
adhesivo, por ejemplo, el segundo líquido 200, que es el adhesivo,
se puede aplicar a una velocidad tan lenta como 0,5 gramos por metro
cuadrado de la película. Para algunos productos de envoltura con
película, la velocidad de aplicación del adhesivo puede ser de hasta
5 gramos por metro cuadrado de la película. Una velocidad de
aplicación típica del adhesivo puede ser de aproximadamente 2
gramos por metro cuadrado de la película para una realización de
este tipo.
La cantidad del primer líquido 100 también se
puede controlar en relación al área del material 20 en forma de
hoja que se procesa. En las realizaciones de envoltura con película
descritas anteriormente, el primer líquido 100, que es un agente
antiadherente, se puede extruir a una velocidad tan lenta como
0,0001 gramos por metro cuadrado de película mediante el uso de la
presente invención. En algunas condiciones, tales como a una
velocidad de aplicación del adhesivo relativamente más elevada, el
agente antiadherente se puede extruir a una velocidad tan elevada
como 0,1 gramos por metro cuadrado de película. En realizaciones
particulares, una velocidad de extrusión típica del agente
antiadherente puede ser de aproximadamente 0,003 gramos por metro
cuadrado de la película.
De forma alternativa, la cantidad del primer
líquido 100 se puede controlar en relación a la cantidad del
segundo líquido 200 que se va a aplicar. Por ejemplo, cualquier
relación proporcional entre las velocidades de aplicación y
extrusión y los intervalos ya mencionados podría ser adecuada para
una realización particular en la cual se procesa un envoltura con
película. Como un ejemplo específico, en una realización en la cual
el adhesivo se aplica a una velocidad de 2 gramos por metro cuadrado
y el agente antiadherente se extruye a una velocidad de 0,003
gramos por metro cuadrado, siendo ambas áreas las áreas de la
película que se van a procesar, la cantidad del agente
antiadherente es 0,15 por ciento de la cantidad del adhesivo. Para
un adhesivo particular y un agente antiadherente particular, esta
relación puede ser adecuada en un intervalo amplio de velocidades
de aplicación del adhesivo y la cantidad del agente antiadherente
puede, por consiguiente, ser controlada en relación a la cantidad
del adhesivo en lugar de ser independientemente ajustada o
controlada en relación al área de la película. De modo similar, en
otras realizaciones, la proporción entre el primer líquido 100 y el
segundo líquido 200 puede ser un parámetro de interés, por ejemplo,
cuando se mezcla un adhesivo de dos partes o cuando se mezcla un
primer líquido 100 que contiene un material volátil con un segundo
líquido 200 particular.
La cantidad extruida del primer líquido 100 se
puede controlar de varias formas. Por ejemplo, la cantidad extruida
se puede controlar ajustando la presión de suministro del primer
líquido 100, dado que la reducción del caudal y de la presión están
de forma típica relacionadas de manera predecible. Por tanto, la
cantidad extruida se puede controlar directamente suministrando el
primer líquido 100 bajo control volumétrico, tal como mediante una
bomba de desplazamiento positivo. De forma alternativa, la
viscosidad del primer líquido 100 se puede controlar para ajustar
la cantidad extruida. En una realización en la cual se extruye un
agente antiadherente de silicona, por ejemplo, la viscosidad, y por
tanto, la cantidad extruida, se pueden controlar ajustando la
temperatura del agente antiadherente. La temperatura del primer
líquido 100 se puede controlar mediante cualquier medio adecuado,
tal como a través del intercambio de energía calorífica entre el
primer líquido 100 y un medio intercambiador de calor líquido.
En realizaciones en las cuales un rodillo 70 de
proceso gira, la fuerza centrífuga generada por la rotación se
puede usar para controlar la cantidad extruida del primer líquido
100. Por ejemplo, la dirección radial hacia el exterior de la
fuerza centrífuga puede alinearse con la dirección general del flujo
del primer líquido 100 hacia la superficie 30 de impresión y,
puede, por consiguiente, actuar como fuerza motriz para el flujo.
También, en una realización más compleja, la fuerza centrífuga puede
servir para accionar un mecanismo que proporciona una presión
diferencial para impulsar el flujo hacia la superficie 30 de
impresión. La fuerza centrífuga es proporcional a la velocidad
rotacional y a la velocidad tangencial del cilindro 70 de proceso.
Por lo tanto, en realizaciones en las cuales el cilindro 70 de
proceso gira a una velocidad tangencial que es proporcional a la
velocidad del material 20 en forma de hoja en la dirección de la
máquina, la fuerza centrífuga es también proporcional a la
velocidad a la cual el material 20 en forma de hoja, en términos de
área, es procesado. En una realización de este tipo, la fuerza
centrífuga proporcional se puede usar en un sistema prácticamente
automático para controlar la cantidad extruida del primer líquido
100.
La temperatura de la placa de impresión también
se puede controlar con el fin de conseguir determinados efectos
deseados, tal como el control de la temperatura del primer líquido
100 o la inhibición de la adhesión de un segundo líquido 200 a la
superficie 30 de impresión. En una realización de este tipo, la
temperatura de la placa de impresión se puede controlar
intercambiando energía calorífica entre la placa de impresión y un
medio intercambiador de calor líquido circulante en un
intercambiador de calor interno, por ejemplo. En una realización en
la cual la placa de impresión 14 tiene la forma de un rodillo 16 de
impresión, este intercambiador de calor interno puede tener la
forma de una segunda cavidad interior 80 dentro del cilindro 70 de
proceso. También se pueden usar otros métodos conocidos en la
técnica, tales como un calentamiento radiante de la placa de
impresión o calentamiento de la placa de impresión mediante un
elemento de calentamiento interno con resistencia eléctrica.
La superficie 30 de impresión tiene una zona 60
con motivo y una zona 62 sin motivo, como se muestra en la Figura
5. En una realización de este tipo, el primer líquido 100 se puede
extruir desde los orificios de la superficie 30 de impresión en la
zona 60 con motivo y prácticamente no se extruye desde los orificios
de la superficie 32 de impresión en la zona 62 sin motivo. Los
orificios en la zona 62 sin motivo pueden estar prácticamente
cerrados y de este modo limitar o bloquear el flujo del primer
líquido 100 sobre la superficie 30 de impresión. Por ejemplo, los
orificios de la zona 62 sin motivo pueden cerrarse mediante la
aplicación de un recubrimiento 40 o de otro material sobre la
superficie 30 de impresión, como se muestra en las Figuras 6, 8 y 9.
Como otro ejemplo, los orificios en la zona 62 sin motivo pueden
cerrarse con un material fundido 42 formado durante un tratamiento
de la superficie de impresión 30 con calor. En algunas
realizaciones, parte o todos los orificios 32 de la superficie de
impresión pueden cerrarse primeramente, tal como mediante la
aplicación de un recubrimiento 40 o de un material 42 fundido, y a
continuación las áreas seleccionadas de la superficie de impresión
30 se pueden tratar o trabajar a máquina para eliminar el material
que bloquea los orificios 32 de la superficie de impresión para
reabrir los orificios 32 de la superficie de impresión en aquellas
áreas.
Una parte de la superficie de impresión 30 puede
tener un relieve elevado, tal como se muestra en las Figuras 7, 8 y
9. Por ejemplo, la zona 60 con motivo en una realización que tiene
zonas con motivo y sin motivo puede tener un relieve elevado,
respecto a la zona 62 sin motivo. En algunas realizaciones, la zona
60 con motivo elevada puede formar una red continua de áreas 64
elevadas interconectadas que rodean a las áreas 66 no elevadas. Por
lo tanto, en una realización de este tipo, en la cual los orificios
de la zona 62 sin motivo están cerrados, el primer líquido 100 se
puede extruir sólo sobre las partes elevadas de la superficie de
impresión 30. Por ejemplo, en una realización en la cual el proceso
de la presente invención se usa para fabricar una película para
envolver alimentos o recipientes de alimentos, y en la cual el
primer líquido 100 es un agente antiadherente y el segundo líquido
200 es un adhesivo, el agente antiadherente se puede extruir sobre
la superficie de impresión 30 de un cilindro 70 de proceso sólo en
una zona 60 con motivo elevada, el adhesivo se puede aplicar sobre
el agente antiadherente en la zona 60 con motivo elevada y el
adhesivo se puede imprimir a continuación sobre la película en un
motivo que casa con el motivo elevado de la superficie 30 de
impresión del cilindro 70 de proceso.
Claims (17)
1. Un método para imprimir un líquido sobre un
material (20) en forma de hoja, caracterizado por las etapas
de:
proporcionar una superficie (30) de impresión
porosa que tiene orificios (32);
extruir un primer líquido (100) desde los
orificios (32) de la superficie de impresión sobre la superficie
(30) de impresión;
aplicar un segundo líquido (200) sobre y en
contacto con el primer líquido (100) de la superficie (30) de
impresión y
poner en contacto el material (20) en forma de
hoja con la superficie (30) de impresión para imprimir el segundo
líquido (200) sobre el material (20) en forma de hoja.
en donde la superficie (30) de impresión tiene
una zona con motivo (60) y una zona sin motivo (62).
2. El método de la reivindicación 1, en donde
el primer líquido (100) es un agente antiadherente.
3. El método de la reivindicación 1, en donde
el segundo líquido (200) es un adhesivo.
4. El método de la reivindicación 1, que
comprende además la etapa de controlar una cantidad extruida del
primer líquido (100) en relación a una cantidad del segundo líquido
(200) que se va a aplicar.
5. El método de la reivindicación 1, que
comprende además la etapa de controlar una cantidad aplicada del
segundo líquido (200) en relación a un área del material (20) en
forma de hoja que es procesada.
6. El método de la reivindicación 1, en donde
la zona con motivo (60) tiene un relieve elevado y el primer
líquido (100) se extruye desde los orificios (32) de la superficie
de impresión en la zona con motivo (60) pero prácticamente no es
extruido desde los orificios (32) de la superficie de impresión en
la zona sin motivo (62).
7. El método de la reivindicación 1, en donde
el material (20) en forma de hoja es una cinta (22) prácticamente
continua.
8. El método de la reivindicación 1, en donde
el material (20) en forma de hoja es una película.
9. El método de la reivindicación 1, en donde
el material (20) en forma de hoja es una película de polietileno de
alta densidad.
10. El método de la reivindicación 1, en donde
la superficie (30) de impresión es una superficie exterior (72) de
un rodillo (70) de proceso.
11. El método de la reivindicación 1, que
comprende además la etapa de hacer girar el rodillo (70) de proceso
a una velocidad tangencial prácticamente igual a la velocidad del
material (20) en forma de hoja en la dirección de la máquina.
12. El método de la reivindicación 10, que
comprende además la etapa de controlar una temperatura del rodillo
(70) de proceso.
13. Un aparato (10) para imprimir un líquido
sobre un material (20) en forma de hoja, caracterizado
por:
una superficie (30) de impresión porosa que
tiene orificios (32); un primer sistema de suministro de líquido
para extruir un primer líquido (100) desde los orificios de la
superficie de impresión sobre la superficie (30) de impresión;
un segundo sistema de suministro de líquido para
aplicar un segundo líquido (200) sobre y en contacto con el primer
líquido (100) sobre la superficie (30) de impresión; y
un mecanismo de impresión para poner en contacto
el material (20) en forma de hoja con la superficie (30) de
impresión para imprimir el segundo líquido (200) sobre el material
(30) en forma de hoja;
en donde la superficie (30) de impresión tiene
una zona con motivo (60) y una zona sin motivo (62).
14. El aparato (10) de la reivindicación 13, en
donde la zona con motivo (60) tiene un relieve elevado y los
orificios (32) de la superficie de impresión en la zona sin motivo
(62) están prácticamente cerrados.
15. El aparato (10) de la reivindicación 13, en
donde la superficie (30) de impresión es una superficie exterior
(72) de un rodillo (70) de proceso.
16. El aparato (10) de la reivindicación 13, en
donde el rodillo de proceso comprende una estructura (74) porosa
que tiene una superficie interior que tiene orificios (34) y pasajes
(36) que comunican los orificios (34) de la superficie interior con
los orificios (32) de la superficie de impresión.
17. El aparato (10) de la reivindicación 13, en
donde la estructura (74) porosa comprende partículas (38) alojadas
y que restringen el flujo a través de los pasajes.
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