ITUA20164484A1

ITUA20164484A1 - Transfer per la marcatura decorativa e indelebile di prodotti in vetro e metodo associato

Info

Publication number: ITUA20164484A1
Application number: ITUA2016A004484A
Authority: IT
Inventors: Luigi Filippino; Elena Menegazzo
Original assignee: Illinois Tool Works
Priority date: 2016-06-17
Filing date: 2016-06-17
Publication date: 2017-12-17

Description

“TRANSFER PER LA MARCATURA DECORATIVA E INDELEBILE DI PRODOTTI IN VETRO E METODO ASSOCIATO”

Campo Tecnico dell’invenzione

La presente invenzione è relativa ad un transfer, cioè ad un nastro per il trasferimento di immagini, e ad un metodo per la marcatura sia decorativa che indelebile di prodotti in vetro, ad esempio vetri per automobili come: cristalli scendenti, cristalli laterali, lunotto e parabrezza; oppure per contenitori in vetro ad uso alimentare e cosmetico, prodotti ceramici, porcellane e metalli smaltati. In tutti i casi si tratta di un transfer e di un metodo destinati a prodotti in vetro che subiscono un trattamento termico che può essere di tempra, di formatura o semplicemente per attivare e fondere la decorazione riportata sulla superficie del prodotto in vetro.

Tecnica nota

La decorazione del vetro, del metallo smaltato, di porcellane o più in generale di prodotti ceramici (qui e di seguito per “prodotti ceramici” si intende indifferentemente manufatti in vetro, porcellana, ceramica vera e propria o metallo smaltato) può essere eseguita con diverse tecniche e diverse tipologie di inchiostri: inchiostri con legante ceramico, inchiostri con metalli preziosi chelati, inchiostri con legante polimerico, incisione acida, sabbiatura e marcatura con la luce laser.

La marcatura eseguita con inchiostri con legante polimerico non è indelebile.

Escludendo l’incisione acida, la sabbiatura e la marcatura laser producono una marcatura esclusivamente acromatica. Attualmente, pertanto, per la marcatura dei vetri per automobili, che ha la funzione di riportare i dati tecnici e di rintracciabilità del manufatto e/o disegni o altri segni grafici, viene utilizzata la stampa serigrafica diretta sul vetro, utilizzando degli inchiostri con legante ceramico, in grado di “vetrificare” sulla superficie del vetro, dopo che questo è stato riscaldato ad una opportuna temperatura.

La marcatura effettuata tramite serigrafia diretta viene realizzata dopo che il vetro ha assunto una forma quasi definitiva, con controllo di posizionamento della stampa rispetto a quello del manufatto, ma con una criticità nel controllo di registro di stampa per eventuali ulteriori strati d’inchiostro di vari colori, quindi tale tecnica viene utilizzata prevalentemente per marcature monocromatiche generalmente di colore nero.

Il metodo della serigrafia diretta è pertanto scomodo, può creare problemi produttivi, richiede impianti di serigrafia realizzati ad hoc per adattarsi ai vari manufatti in vetro da trattare e, inoltre, permette di ottenere generalmente solo una marcatura monocromatica in cui l’aspetto grafico/decorativo è poco evidente.

Altri metodi utilizzati per l’applicazione su vetro degli inchiostri prima indicati sono la tampografia, la stampa digitale inkjet e il transfer ad acqua.

La tampografia è un processo che permette la decorazione a più colori, ma la sua gestione prevede la conoscenza della tecnica operativa in modo approfondito, richiedendo pertanto personale altamente specializzato per la sua esecuzione; inoltre il processo, in funzione del numero di colori che si vuole utilizzare, richiede dei tempi abbastanza lunghi, del personale addestrato all’utilizzo di inchiostri e la presenza di solventi (come, per altro, anche nel caso della serigrafia diretta), nonché una gestione in linea delle maschere di stampa e del loro magazzino.

La stampa digitale inkjet, ad esempio descritta in US8603589B2, ha un buon controllo di registro e offe una buona definizione ma, a parte il costo molto elevato dell’attrezzatura, non offre le caratteristiche di coprenza ottenibili con altre tecniche, cioè ha una capacità di copertura delle superfici trattate relativamente bassa. Inoltre non offre la possibilità di stampare inchiostri con effetto metallizzato e non permette l’estensione di colori che si possono invece ottenere da una vasta gamma di pigmenti utilizzati ad esempio nella stampa serigrafica. Generalmente, la stampa digitale permette di ottenere tonalità solo tramite quadricromie/esacromie ed anche con questa tecnica l’addestramento del personale gioca un ruolo importante.

La decorazione tramite transfer ad acqua è descritta ad esempio in WO2009077746A2 e prevede la preparazione dell’immagine con tecniche serigrafiche su un supporto e successivo trasferimento su vetro, conferendo una buona coprenza, le immagini che si possono ottenere sono policromatiche dove i colori sono a registro tra loro. L’applicazione di un transfer ad acqua è però molto lunga e delicata e di difficile automazione. Inoltre l’applicazione richiede un sistema umido, dove bisogna immergere in acqua il transfer recante la stampa da trasferire e posizionarlo poi manualmente sulla superficie del vetro; in seguito deve essere eliminato l’eccesso di acqua prima che il manufatto in vetro subisca il trattamento termico.

Una variante di questa ultima tecnica prevede l’utilizzo di un transfer la cui decorazione viene poi trasferita sul manufatto in vetro tramite tamponi simili a quelli della tampografia, dopo che il supporto in nastro su cui è stata precedentemente stampata l’immagine viene riscaldato. In questo caso si deve però fare uso di una lacca di protezione “collodio” (a base di esteri di nitrocellulosa) applicata sopra la stampa policromatica, per evitare che l’immagine policromatica si deformi.

Sintesi dell’invenzione

Scopo della presente invenzione è quello di fornire un transfer a caldo ed un metodo associato per la decorazione e la marcatura di prodotti ceramici, in particolare di manufatti in vetro, quali ad esempio vetri per automobili, contenitori in vetro per uso alimentare, contenitori in vetro per uso cosmetico, prodotti ceramici, porcellane e metalli smaltati, che superi gli inconvenienti dell’arte nota, permettendo di ottenere in modo semplice ed economico, su un prodotto ceramico marcato in modo indelebile, segni grafici anche complessi e policromatici, eventualmente metallizzati.

È anche uno scopo dell’invenzione quello di fornire un metodo di decorazione di prodotti ceramici, in particolare manufatti in vetro, nel quale l’applicazione del transfer avvenga evitando difetti visibili nel segno grafico dopo trattamento termico del prodotto in vetro decorato.

In base all’invenzione vengono dunque forniti un transfer a caldo ed un metodo associato per la decorazione e la marcatura di prodotti ceramici, in particolare di manufatti in vetro, aventi le caratteristiche enunciate nelle rivendicazioni annesse.

La decorazione del prodotto ceramico finale avviene a secco e richiede un brevissimo addestramento del personale. L’attrezzatura richiesta è quella solitamente usata per applicare i normali transfer a caldo serigrafati utilizzati per marcare prodotti commerciali, ad esempio in materiale plastico, come sci, scarponi, eccetera.

Gli inchiostri utilizzati per la stampa serigrafica del transfer secondo l’invenzione sono quelli già previsti per la decorazione diretta del vetro, che finora sono stati utilizzati però solo attraverso le tecniche note di decorazione diretta del vetro descritte nello stato dell’arte.

I trattamenti termici che deve subire il vetro dopo il trasferimento delle immagini, che sono prima stampate sul transfer con tecnica serigrafica e poi trasferite dal transfer al prodotto in vetro da marcare, sono già parte del processo produttivo corrente di prodotti in vetro marcati direttamente.

Il transfer a caldo oggetto della presente invenzione è costituito da un supporto in forma di un nastro di materiale in foglio, generalmente realizzato in carta o in un materiale plastico sintetico scelto nel gruppo consistente in PET, PA, PP, TDC (triacetato di cellulosa). Tale supporto viene ricoperto su una sua prima faccia con uno strato di materiale distaccante che agisce come base di stampa. Le sostanze utilizzate per realizzare lo strato distaccante devono, secondo un aspetto dell’invenzione, essere prive di silicone e sono scelte nel gruppo consistente in: cere polietileniche ossidate, cere polietileniche, polietilene glicoli, erucamide, oleamide, resine altamente reticolate, resine acriliche, esteri nitrici della cellulosa, noti anche con il nome di “Collodio”, acidi grassi, PVA (polivinil alcool), amido, complessi di cromo trivalente di acidi grassi, destrine e loro miscele. La sostanza preferita secondo un aspetto dell’invenzione sono i complessi di cromo trivalente di acidi grassi, in particolare aventi da 14 a 18 atomi di carbonio. Un prodotto adatto disponibile in commercio, anche se per altri utilizzi, è denominato Quilon® e consiste in una soluzione verde scuro, sostanzialmente in isopropanolo, di un complesso chimicamente reattivo di cromo trivalente con un acido grasso C14-C18.

I complessi di cromo trivalente di acidi grassi reagiscono con gruppi polari del supporto in carta o in polimero. Una volta reticolati (cioè sottoposti a essicazione a caldo), tali composti chimici formano uno strato insolubile di complesso polimerizzato delimitato chimicamente attraverso il cromo che si combina con i gruppi polari disponibili sulla superficie del substrato, nel caso di specie del supporto. L'acido grasso idrofobico presenta invece le catene orientate sulla superficie. Tali complessi di cromo trivalente sono completamente solubili in acqua e in caso di miscela del polimero in acqua, il prodotto può comporre sistemi complessi con amido, alcol polivinilico (PVA), e acetato di polivinile.

La ricopertura del supporto di stampa con uno strato distaccante, per alcuni tipi di supporto, può non essere necessaria. Lo strato distaccante garantisce comunque che gli inchiostri stampati su di esso, da banda opposta al supporto, vengano rilasciati in uso sulla superficie del vetro all’atto del trasferimento termico. Inoltre, la copertura con lo strato distaccante, dove necessario, garantisce che l’inchiostro, stampato sulla sua superficie opposta al supporto, rimanga ancorato nelle posizioni previste fino all’utilizzo.

Gli inchiostri utilizzati nel transfer secondo l’invenzione sono, come già detto, dello stesso tipo di quelli utilizzati per la stampa serigrafica diretta del vetro secondo l’arte nota e sono composti da un legante primario, un legante secondario, uno o più pigmenti inorganici, solventi e additivi di processo; inchiostri di questo tipo sono noti, ad esempio, da US6346493B1.

Tuttavia, secondo un aspetto non secondario dell’invenzione, si è sperimentalmente riscontrato che la granulometria degli inchiostri utilizzati per la stampa serigrafica sul transfer, cioè sulla faccia del supporto eventualmente provvista dello strato distaccante, deve essere controllata e compresa tra 1 e 6 nella scala NPIRI e/o avere una granulometria tra 12.5 e 15 micron, misurata secondo la norma ASTM D1316. In caso contrario, mentre nella stampa serigrafica diretta su vetro non si hanno inconvenienti, nel caso di stampa su transfer, poi trasferita a caldo su vetro, come nella presente invenzione, si creano nella immagine stampata su vetro, in particolare dopo il trattamento termico, difetti superficiali inaccettabili.

Nel caso si vogliano ottenere effetti metallizzati, il legante secondario e il pigmento sono sostituiti da chelati metallici, generalmente chelati organici di metalli nobili come oro, palladio e platino.

Il legante primario è costituito da una miscela di oli acrilici di derivazione naturale e in alcuni casi di derivazione sintetica, poliacrilati, plastificanti e solventi; tale miscela garantisce la dispersione dei pigmenti e del legante secondario al fine di ottenere un inchiostro fluido con la viscosità adatta alla stampa serigrafica.

Il legante secondario, chiamato “flux” o “frit” è noto, ad esempio da EP0125076A1 e da US2008/0090034A1, ed è costituito da una polvere di vetro che garantisce il legame chimico e meccanico tra i pigmenti e il manufatto in vetro dopo che quest’ultimo ha subito il trattamento termico previsto, ad alta temperatura.

I pigmenti utilizzati sono ossidi di origine inorganica/minerale dato che i pigmenti di origine organica non resisterebbero alle temperature (maggiori di 6-700 °C) usate per il trattamento termico del vetro.

Il solvente viene utilizzato come solubilizzante per il legante primario e come correttore di viscosità. Infine vengono aggiunti degli additivi noti per aiutare la stampa serigrafica, in modo da evitare la formazione di punti di spillo, crateri e difetti di stampa.

La stampa serigrafica può essere eseguita con ogni tecnica disponibile, mediante telai serigrafici piani e/o stampa su cilindro, con telai piani su piano o con telaio cilindrico.

Come è noto la stampa serigrafica consiste nel distribuire in modo uniforme uno o più inchiostri (in una o più fasi) su un tessuto serigrafico; in ciascuna fase di stampa si utilizza un apposito tessuto serigrafico dotato di una specifica mascheratura, diversa da tessuto a tessuto, che copre porzioni continue o discontinue del tessuto in modo da formare in negativo (in una o più fasi) l’immagine da ottenere.

Il tessuto serigrafico utilizzabile può essere formato da filo di poliestere o di acciaio dalle dimensioni che vanno da 31Y a 48Y e con trama che è compresa tra 77 e 150 fili per centimetro. Il tessuto serigrafico viene ricoperto con una gelatina fotosensibile a base di PVA, che è poi incisa secondo le usuali tecniche serigrafiche in modo da ottenere la mascheratura desiderata.

Il prodotto ottenuto dopo aver stampato con tecnica serigrafica le immagini desiderate sulla faccia del supporto coperta dalla strato distaccante, ottenendo così il transfer secondo l’invenzione, viene essiccato e avvolto in bobine. Tali bobine vengono montate su una macchina nota per il trasferimento termico, costituita da una pressa che monta un tampone di metallo riscaldato rivestito di gomma siliconica o di altro tipo. Tra le varie macchine in commercio ne esistono di due tipi, cosiddetti a trasferimento verticale e “roll-on”.

Il trasferimento termico prevede quindi il posizionamento dell’immagine portata dal transfer in bobina opportunamente srotolato sul punto del vetro su cui si vuol depositare l’immagine stessa.

L’applicazione della pressione del tampone, già riscaldato alla temperature di trasferimento, per un tempo opportuno attiva il distacco dell’immagine dal transfer e l’adesione sul manufatto in vetro.

L’immagine così depositata sul vetro presenta un’adesione labile ma sufficiente per le successive operazioni previste nel processo di decorazione del prodotto ceramico: trasporto, magazzinaggio, lavaggio, asciugatura e trattamento termico.

Durante il trattamento termico, che di solito avviene a temperature comprese tra 550°C e 1250°C, il legante primario, all’inizio evapora parzialmente e poi brucia, lasciando sul prodotto ceramico o manufatto in vetro inalterata l’immagine precedentemente stampata e poi trasferita, che a questo punto è però costituita solo dal legante secondario e dai pigmenti.

Il legante secondario, raggiunta la temperatura di rammollimento, lega le particelle di pigmento tra loro e al vetro su cui poggia. Alla fine del trattamento termico, il legante secondario, per coalescenza, unisce le varie particelle di legante tra loro e con il pigmento e con il prodotto ceramico/manufatto in vetro, che risulta pertanto decorato in modo indelebile.

Il prodotto ceramico/manufatto in vetro viene infine raffreddato e utilizzato per gli scopi cui è finalizzato.

Secondo una ulteriore caratteristica non secondaria dell’invenzione, si è però sperimentalmente riscontrato che se il trasferimento dell’immagine dal transfer al vetro avviene con le macchine più comunemente utilizzate, del tipo a trasferimento verticale, si ottiene dopo il trattamento termico una immagine non priva di difetti, e che pertanto non è accettabile. Il trasferimento dell’immagine dal transfer alla superficie del prodotto ceramico da decorare deve pertanto avvenire solo mediante macchine roll-on. Infatti, sorprendentemente, se si utilizzano tali macchine a parità di composizione degli inchiostri e di parametri di processo durante il trasferimento, si ottengono immagini completamente esenti da difetti, anche dopo trattamento termico del prodotto ceramico decorato a temperature elevate.

Breve Descrizione dei Disegni

Ulteriori scopi e vantaggi dell’invenzione appariranno chiari dalla descrizione che segue di un suo esempio di realizzazione non limitativo, fornita a puro scopo esemplificativo e con riferimento alle figure dei disegni annessi, nei quali:

- la figura 1 illustra in modo schematico e non in scala le fasi di un metodo secondo l’invenzione per applicare ad un prodotto ceramico, nell’esempio illustrato un vetro piano, un transfer realizzato secondo l’invenzione, illustrato a sua volta in una vista sezionata in elevazione in figura 1 a);

- la figura 2 illustra in modo schematico e fuori scala il profilo di una sezione laterale in elevazione di una immagine o altro segno grafico a due colori trasferita su un manufatto in vetro;

- le figure 3 e 4 illustrano rispettive fotografie di dettagli di immagini difettose trasferite su un substrato in vetro senza rispettare i parametri operativi del metodo dell’invenzione;

- la figura 5 illustra il profilo, ottenuto con un profilometro, di una sezione di una immagine trasferita su un substrato in vetro da un transfer realizzato secondo l’invenzione, ma usando una pressa verticale;

- la figura 6 illustra il profilo, ottenuto con un profilometro, di una sezione di una immagine trasferita su un substrato in vetro da un transfer realizzato secondo l’invenzione e usando una pressa di tipo roll-on secondo l’invenzione; e

- la figura 7 illustra fotografie di dettagli di un immagine ottenuta con un transfer a più strati sovrapposti realizzato secondo l’invenzione e utilizzando una pressa tipo roll-on secondo il metodo dell’invenzione.

Descrizione Dettagliata

Con riferimento alle figure 1 e 2 indicato nel suo complesso con 1 un transfer per la marcatura decorativa e indelebile di prodotti ceramici 2, in particolare di manufatti in vetro; nell’esempio non limitativo illustrato è rappresentato un vetro piano 2.

Il transfer 1 comprende un supporto 3 in forma di un nastro di materiale in foglio delimitato da una prima faccia piana 4 e da una seconda faccia piana 5, parallela ed opposta alla faccia 4, ed un segno grafico 6, come una immagine, lettere o un logo, applicato sulla faccia 4 in modo da poter essere rimosso dal supporto 3 in modo noto per effetto di riscaldamento sotto pressione.

Il segno grafico 6 è, secondo un primo aspetto dell’invenzione, stato ottenuto per stampa serigrafica sulla prima faccia 4 del supporto 3 mediante almeno un inchiostro 7 comprendente un legante primario 8 nel quale sono disperse particelle inorganiche 9 e 10.

Secondo un importante aspetto dell’invenzione la granulometria dell’almeno un inchiostro 7 utilizzato per la stampa serigrafica sulla prima faccia 4 del supporto 3, in altre parole la granulometria delle particelle 9 e 10, deve essere compresa tra 1 e 6 nella scala NPIRI e/o è compresa tra 12.5 e 15 micron, misurati secondo la norma ASTM D1316. Si è sperimentalmente riscontrato, infatti, che questo parametro è critico al fine di ottenere, come si vedrà, una immagine 6 sul vetro 2 nitida e priva di difetti.

Il transfer 1 comprende inoltre anche uno strato 11 di materiale distaccante o “release” applicato direttamente sulla prima faccia 4 e sul quale strato distaccante 11 è applicato da banda opposta al supporto 3 il segno grafico o immagine 6, il quale è stato ottenuto per stampa serigrafica effettuata direttamente sullo stato distaccante 11, che agisce come base di stampa.

Nell’esempio non limitativo illustrato, l’inchiostro 7 comprende, oltre al legante primario 8 e ad eventuali solventi e additivi di processo, un altro componente rappresentato dalle particelle 9 e 10 e scelto nel gruppo consistente in: un legante secondario 10 combinato con uno o più pigmenti 9 di diverso colore; oppure, secondo una variante non illustrata per semplicità, da particelle costituite da chelati metallici, preferibilmente chelati organici di metalli preziosi come oro, palladio e platino, in sostituzione del legante secondario 10 e del/dei pigmento/i 9, nel caso si vogliano ottenere effetti metallizzati nel segno grafico o immagine 6.

Le particelle di chelati metallici e/o le particelle 10 di legnate secondario sono atte a fondere almeno parzialmente a temperature superiori a 600°C per legarsi ad un substrato costituito da una superficie esposta 12 del prodotto 2 da decorare.

I pigmenti 9 sono pigmenti inorganici costituiti da ossidi di origine inorganica/minerale resistenti senza alterarsi ad una temperatura superiore ad almeno 600-700°C; mentre il legante secondario 10 è costituito da una polvere di vetro atta a garantire il legame chimico e meccanico tra i pigmenti 9 e il prodotto ceramico 2 dopo che quest’ultimo ha subito un adatto trattamento termico ad alta temperatura.

Il legante primario 8, invece, è costituito da una miscela di oli acrilici di derivazione naturale e/o sintetica, poliacrilati, plastificanti e solventi atti a garantire la dispersione di pigmenti 9 inorganici e del legante secondario 10 e/o di eventuali chelati metallici in forma di particelle al fine di ottenere un inchiostro 7 fluido con viscosità adatta alla stampa serigrafica.

Lo strato distaccante 11 deve, secondo un aspetto dell’invenzione, essere privo di silicone ed è costituito da una sostanza scelta nel gruppo consistente in: cere polietileniche ossidate, cere polietileniche, polietilene glicoli, erucamide, oleamide, resine altamente reticolate, resine acriliche, esteri nitrici della cellulosa o “Collodio”, acidi grassi, PVA (polivinil alcool), amido, complessi di cromo trivalente di acidi grassi, destrine; loro miscele.

Lo strato distaccante 11 è disegnato per garantire che l’almeno un inchiostro 7 stampato su di esso, da banda opposta al supporto 3, venga rilasciato in uso dal supporto 3 su un prodotto ceramico 2 da decorare per trasferimento termico e per garantire che l’almeno un inchiostro 7, stampato su una superficie 15 dello strato distaccante 11 opposta al supporto 3, rimanga ancorato nelle posizioni previste fino all’utilizzo. Preferibilmente, lo strato distaccante 11 è costituito da complessi di cromo trivalente di acidi grassi aventi da 14 a 18 atomi di carbonio in soluzione di isopropanolo o isopropanolo e acqua.

Il supporto 3 è invece realizzato in carta o in un materiale plastico sintetico scelto nel gruppo consistente in PET, PA, PP, TDC (triacetato di cellulosa); il materiale plastico sintetico è, secondo un aspetto dell’invenzione, trasparente, per dare la possibilità d’ispezionare il prodotto dopo la stampa e prima dell’applicazione.

Il supporto trasparente consente infatti di utilizzare dei metodi visivi o automatici d’ispezione durante la produzione e dopo che la grafica è stata completata .

Esercitando una pressione e calore tra il transfer 1 e un manufatto in vetro 2, l’inchiostro 7 si trasferisce sulla superficie esposta 12 del manufatto in vetro 2. Dopo che l’immagine o altro segno grafico 6 è stata trasferita dal transfer 1 al manufatto in vetro 2, quest’ultimo viene sottoposto ad un trattamento termico noto, ad esempio consistente in un riscaldamento a 650-750 °C per da 30 a 90 secondi per mm di spessore del manufatto in vetro 2, a seguito del quale il legante primario 8 in parte evapora e in parte brucia. Successivamente, nell’esempio illustrato, il legante secondario 10 rammollisce inglobando le particelle di pigmento 9 con la superficie 12 del manufatto in vetro 2.

Durante il trattamento termico, se per la fase di trasferimento non si sono seguiti, come si vedrà, specifici accorgimenti, possono però venire incluse delle bolle che creano degli spazi tra le varie particelle 9 di pigmento. Tali spazi possono provocare dei difetti, quali punti di spillo visibili nella fotografia di figura 3 sulle linee di sovrapposizione di due strati, oppure una maculatura nel colore, come illustrato in figura 4.

Secondo il metodo dell’invenzione, e in base a quanto finora descritto, la marcatura decorativa e indelebile di prodotti ceramici, in particolare di manufatti 2 in vetro, si ottiene mediante le seguenti fasi:

- realizzare un supporto 3 in forma di un nastro di materiale in foglio, preferibilmente trasparente, provvisto di una prima faccia 4 sulla quale è applicato un segno grafico 6, come una immagine, lettere o un logo, realizzato in modo da poter essere rimosso dal supporto 3 per effetto di riscaldamento sotto pressione, il segno grafico 6 essendo stato ottenuto per stampa serigrafica sulla prima faccia 4 mediante almeno un inchiostro 7 atto a distaccarsi dal supporto 3 per effetto di calore e pressione e comprendente un legante primario 8 in cui sono disperse particelle inorganiche 9 e 10;

- trasferire il segno grafico 6 sul prodotto ceramico 2 da decorare appoggiando il supporto 3, dalla parte della prima faccia 4, contro una superficie 12 del prodotto ceramico 2 da decorare e applicando pressione e calore al supporto 3; secondo l’invenzione, questa fase deve essere eseguita premendo almeno un rullo 20 (figura 1) rotante e riscaldato alla temperatura di trasferimento (da 170 a 190 °C) contro il supporto 3 da banda opposta alla prima faccia 4, cioè contro la seconda faccia 5; la pressione applicata mediante il rullo 20 è compresa, ad esempio tra 3 e 6 kg/cm<2>. In altre parole, si deve utilizzare per il trasferimento termico dell’immagine 6 dal supporto 3 al prodotto 2 da decorare una pressa di tipo roll-on: il rullo 20 viene ruotato e fatto avanzare nel senso delle frecce, mentre viene premuto con pressione P, pure indicata da una freccia in figura 1 a).

Inoltre, le fasi sopra indicate devono venire eseguite scegliendo una granulometria dell’almeno un inchiostro 7 utilizzato per la stampa serigrafica sulla prima faccia 4 del supporto 3, ovvero, nell’esempio illustrato, delle particelle 9,10, compresa tra 1 e 6 nella scala NPIRI e/o tra 12.5 e 15 micron, misurati secondo la norma ASTM D1316.

Infine, il segno grafico o immagine 6 viene di preferenza applicato sul supporto 3 sopra uno strato di materiale distaccante 11 applicato direttamente sulla prima faccia 4 e sul quale strato distaccante 11 il segno grafico o immagine 6 viene ottenuto per stampa serigrafica effettuata direttamente sullo stato distaccante 11, che agisce come base di stampa.

Secondo un non secondario aspetto dell’invenzione, lo strato distaccante 11 deve però essere scelto in modo da essere privo di silicone ed è preferibilmente costituito da complessi di cromo trivalente di acidi grassi aventi da 14 a 18 atomi di carbonio, eventualmente in soluzione di isopropanolo o isopropanolo e acqua.

L’invenzione sarà ora descritta ulteriormente con riferimento ai seguenti esempi pratici di attuazione.

ESEMPIO 1

Si consideri una decorazione che prevede un sistema policromatico e metallizzato di un substrato costituito da un vetro piano.

Viene preparato un inchiostro per serigrafia contenente un legante ceramico (detto FRIT o FLUX) costituito da ossidi metallici miscelati in base al modulo di espansione (retrazione) termica del substrato. La retrazione termica del legante ceramico deve essere simile alla retrazione termica del substrato ed il profilo termico inoltre deve essere anch’esso simile a quello del substrato.

Si utilizzano borosilicati alcalini, Bis-borosilicati alcalini e loro miscele con una retrazione termica lineare compresa tra 80*10<-7>e 95*10<-7>K<-1>.

L’inchiostro che viene preparato contiene inoltre pigmenti commerciali nei colori desiderati costituiti da ossidi metallici atti a rimanere inalterati a temperature superiori a 6-700°C. Il rapporto in peso del pigmento rispetto al FLUX va da 1:4 a 3:8. I pigmenti e i Flux possono essere acquistati separatamente oppure già premiscelati, ad esempio presso le ditte Johnson Matthey o Ferro che forniscono i due componenti o predispongono le miscele dei due componenti secondo rapporti pre-impostati che dipendono dal Flux e dal pigmento scelti.

Il FLUX e i pigmenti, essendo delle particelle solide, devono essere veicolati da un legante organico che deve rispettare le caratteristiche di un inchiostro serigrafico: coprenza, finezza delle particelle, reologia, tempo di latenza sul telaio di stampa, velocità di essicazione in forno, temperatura di essicazione. Inoltre il veicolo costituito dal legante organico, per l’applicazione specifica, deve avere la caratteristica di bruciare senza lasciare tracce o aloni sul manufatto in vetro. Il veicolo prescelto è a base di oli acrilici in solventi organici formulato con reologia di un fluido tixotropico. Il rapporto di miscelazione in peso tra legante primario e la somma di Flux e pigmenti va da 2:3 a 9:11. Anche per il veicolo organico la ditta Ferro fornisce varie composizioni, quelle che sono state testate sono: 80820, 80392 e 63/682. Nel sito INTERNET della Ferro sono riportati i dati tecnici delle diverse composizioni. L’inchiostro da stampa serigrafico per la decorazione su articoli ceramici tramite trasferimento a caldo viene quindi prodotto per dispersione dei tre componenti: legante primario organico, flux o legante secondario e pigmenti. Una volta dispersi i pigmenti e il flux questi vengono raffinati fino ad ottenere sia lotti aventi una granulometria compresa tra 1 e 6 NPIRI, sia lotti aventi una granulometria superiore a 6 NPRI. Ottenuta la granulometria desiderata vengono aggiunti degli usuali additivi per la stampa serigrafica e si valuta la viscosità che deve essere tra 7000 e 15000 cPs a 20°C. L’inchiostro deve essere utilizzato in breve tempo o conservato lontano dall’umidità. Gli additivi utilizzati sono additivi di processo scelti tra alcuni più comuni disaeranti: Foamex N, Airout, BYK 051 (marchi registrati). Alcuni esempi di formulazione d’inchiostri testate per entrambi i lotto preparati sono riportati nelle tabelle sottostanti:

TABELLA 1

ProvaN° Legante Legante Pigmento Additivo primario secondario

1 A FRIT1 BiancoDisaerante 2 B FRIT1 Rosso Disaerante 3 C FRIT1 Nero Disaerante 4 Chelante Chelante Disaerante Platino

TABELLA 2

ProvaN° 80820 % FRIT1 % Pigmento Disaerante %

%

1A 40 40-46 12-15 0

1B 45 40-46 12-15 0

1C 40 40-46 12-15 0,2

1D 45 40-46 12-15 0,2

TABELLA 3

ProvaN° 63/682 % FRIT1 % Pigmento Disaerante %

%

- 2A 40 40-46 12-15 0

2B 45 40-46 12-15 0

2C 40 40-46 12-15 0,2

2D 45 40-46 12-15 0,2

TABELLA 4

ProvaN° 80392 % FRIT1 % Pigmento Disaerante %

%

3A 40 40-46 12-15 0

3B 45 40-46 12-15 0

3C 40 40-46 12-15 0,2

3D 45 40-46 12-15 0,2

Successivamente, vengono preparati una serie di transfer utilizzando gli inchiostri per serigrafia preparati nel modo sopra indicato ed un supporto in PET trasparente, per dare la possibilità d’ispezionare il prodotto dopo la stampa e prima dell’applicazione. Il supporto trasparente consente infatti di utilizzare dei metodi visivi o automatici d’ispezione durante la produzione e dopo che la grafica è stata completata.

Il supporto di stampa viene preventivamente ricoperto su una sua prima faccia con uno stato “release” di spessore di qualche micron che lo predispone a ricevere la stampa. Lo strato release viene realizzato utilizzando il prodotto commerciale Quilon® costituito da un complesso di cromo trivalente di acidi grassi, evitando di utilizzare componenti siliconiche. I composti siliconici potrebbero infatti inquinare la superficie del substrato in vetro, inquinamento che, nel caso di vetri per il settore automobilistico, potrebbero causare il distacco del vetro dal collante che lo sigilla al telaio su cui viene incollato.

I supporti in PET trasparente provvisti dello strato release sono poi stampati con metodo serigrafico usando gli inchiostri di tabelle 1-4 in entrambe le granulometrie preparate. Per la stampa serigrafica vengono utilizzati tessuti serigrafici con trama compresa tra 77 e 150 fili/cm, tenendo conto della definizione dell’immagine, della sovrapposizione delle linee dei contorni e della coprenza degli inchiostri.

Una volta stampato, il transfer viene ispezionato e avvolto in bobine tali da poter automatizzare il processo di applicazione.

I transfer preparati mediante gli inchiostri di entrambi i lotti vengono applicati sul substrato in vetro mediante due tecnologia differenti: con pressa a caldo verticale e con pressa a caldo a rullo, operando ad una temperatura di 170-190°C ed esercitando una pressione di 3-6 Kg/cm<2>per 3-5 secondi.

Infine, i substrati marcati vengono trattati tutti nelle medesime condizioni, in una fornace mantenuta ad una temperatura compresa tra 650 e 720°C, con un tempo di permanenza compreso tra 30 e 90 secondi per mm di spessore del substrato in vetro.

Durante il trattamento il FLUX rammollisce inglobando i pigmenti, miscelati insieme e aderendo al manufatto in vetro.

I risultati ottenuti sono mostrati nelle fotografie di figure 3, 4 e 7.

Come si può osservare, le immagini stampate usando inchiostri aventi una granulometria superiore a 6 NPIRI e/o usando una pressa verticale sono insoddisfacenti. Invece, usando inchiostri con granulometria compresa tra 1 e 6 NPIRI ed una pressa tipo roll-on si ottiene il risultato ottimale mostrato in figura 7, dove i difetti della decorazione sono praticamente assenti o comunque ridotti al disotto della soglia di inaccettabilità.

Risulta pertanto sorprendentemente preferibile utilizzare una pressa a caldo a rullo, che evidentemente aiuta ad uniformare la superficie ed evita che bolle d’aria vengano inglobate. La presenza o l’assenza di difetti ottenibile usando una pressa verticale o una pressa roll-on è evidenziata dai profili illustrati in figure 5 e 6; come si vede il profilo della sezione di immagine realizzata con transfer applicato con pressa verticale presenta numerose creste, mentre quello della medesima sezione di immagine realizzata con transfer applicato con pressa roll-on è sostanzialmente piatto.

ESEMPIO 2

Operando come nell’esempio 1, vengono preparati dei transfer su cui si stampa un inchiostro serigrafico per decorazione di manufatti ceramici con effetto metallizzato, in cui il pigmento e il legante secondario sono sostituiti da un metallo prezioso, come oro, platino, palladio e loro miscele e da un chelante organico che tenga in soluzione il metallo prezioso. Il metodo di applicazione di un inchiostro di questo tipo è identico a quello degli inchiostri dell’esempio 1, ma il meccanismo di funzionamento è diverso.

Durante il trattamento termico il chelante organico brucia e libera il metallo prezioso in forma nativa che a contatto con il substrato ceramico o in vetro forma un legame.

Gli inchiostri formati da metalli nobili chelati pronti all’uso e modificabili con l’aggiunta di additivi di tipo noto per la stampa serigrafica, sono disponibili in commercio già pronti, per altri usi, ad esempio presso le ditte Johnson Mattey, Ferro o Heraeus; anche in questo caso, una volta ottenuti i transfer operando come riportato nell’esempio 1, si effettua il trasferimento dell’immagine su substrato in vetro piano, usando due tipologie di pressa, verticale e roll-on.

Dopo trattamento termico, eseguito come nel’esempio 1 si sono valutate le immagini ottenute, ripetendo i risultati dell’esempio 1. Gli inchiostri con granulometria superiore a 6 NPIRI e/o i transfer applicati senza uso di pressa roll-on forniscono immagini difettose o comunque di qualità molto inferiore a quelle ottenute con inchiostri aventi granulometria inferiore a 6 NPIRI e usati su transfer applicati con pressa roll-on.

Difettosità simili a quelle mostrate in figure 3 e 4 si ottengono anche nel caso di inquinamento degli inchiostri da parte della umidità e/o nel caso di sovrapposizioni improprie degli inchiostri nel caso di immagini a più colori.

La composizione dell’inchiostro, la raffinazione e la conservazione giocano pertanto un ruolo importante sulla riuscita del risultato finale. Altri fattori importanti sono la cura della grafica per evitare sovrapposizioni tra inchiostri con variazioni repentine di spessore. La mancata gestione delle linee di sovrapposizione tra inchiostri causano delle imperfezioni visibili come fori a punti di spillo. Lo stesso avviene nel caso in cui la raffinazione non rientri nei parametri prima indicati o se l’inchiostro viene mal conservato prima della stampa serigrafica.

Tutti gli scopi dell’invenzione sono dunque raggiunti.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Transfer (1) per la marcatura decorativa e indelebile di prodotti (2) ceramici, in particolare di manufatti in vetro, comprendente un supporto (3) in forma di un nastro di materiale in foglio provvisto di una prima faccia (4), ed un segno grafico (6), come una immagine, lettere o un logo, applicato sulla prima faccia in modo da poter essere rimosso dal supporto per effetto di riscaldamento sotto pressione, il segno grafico essendo stato ottenuto per stampa serigrafica sulla prima faccia del supporto mediante almeno un inchiostro (7) comprendente un legante primario (8) in cui sono disperse particelle inorganiche (9,10); caratterizzato dal fatto che la granulometria dell’almeno un inchiostro utilizzato per la stampa serigrafica sulla prima faccia del supporto, ovvero delle dette particelle, è compresa tra 1 e 6 nella scala NPIRI e/o tra 12.5 e 15 micron, misurati secondo la norma ASTM D1316.
2. Transfer secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che comprende inoltre uno strato (11) di materiale distaccante applicato direttamente sulla prima faccia e sul quale strato distaccante è applicato da banda opposta al supporto (3) il detto segno grafico (6), il quale è stato ottenuto per stampa serigrafica effettuata direttamente sullo stato distaccante, che agisce come base di stampa; lo strato distaccante (11) essendo privo di silicone ed essendo costituito da una sostanza scelta nel gruppo consistente in: cere polietileniche ossidate, cere polietileniche, polietilene glicoli, erucamide, oleamide, resine altamente reticolate, resine acriliche, esteri nitrici della cellulosa o “Collodio”, acidi grassi, PVA (polivinil alcool), amido, complessi di cromo trivalente di acidi grassi, destrine; loro miscele; lo strato distaccante (11) essendo disegnato per garantire che l’almeno un inchiostro stampato su di esso, da banda opposta al supporto, venga rilasciato in uso dal supporto su un prodotto ceramico da decorare per trasferimento termico sotto l’effetto di riscaldamento e pressione; e per garantire che l’almeno un inchiostro, stampato su una superficie dello strato distaccante opposta al supporto, rimanga ancorato nelle posizioni previste fino all’utilizzo.
3. Transfer secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che lo strato distaccante (11) è costituito da complessi di cromo trivalente di acidi grassi aventi da 14 a 18 atomi di carbonio, preferibilmente in soluzione di isopropanolo o isopropanolo e acqua.
4. Transfer secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il supporto (3) è realizzato in carta o in un materiale plastico sintetico, preferibilmente trasparente, scelto nel gruppo consistente in PET, PA, PP, TDC (triacetato di cellulosa).
5. Transfer secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto almeno un inchiostro (7) comprende, oltre al legante primario e ad eventuali solventi e additivi di processo, un altro componente scelto nel gruppo consistente in: un legante secondario (10) combinato con uno o più pigmenti (9); chelati metallici, preferibilmente chelati organici di metalli preziosi come oro, palladio e platino, in sostituzione del legante secondario e del/dei pigmento/i nel caso si vogliano ottenere effetti metallizzati.
6. Transfer secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che i detti uno o più pigmenti sono pigmenti inorganici costituiti da ossidi di origine inorganica/minerale resistenti senza alterarsi ad una temperatura superiore ad almeno 600-700°C; e dal fatto che il legante secondario (10) è costituito da una polvere di vetro atta a garantire il legame chimico e meccanico tra i pigmenti e il prodotto ceramico dopo che quest’ultimo ha subito un adatto trattamento termico ad alta temperatura.
7. Transfer secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il legante primario (8) è costituito da una miscela di oli acrilici di derivazione naturale e/o sintetica, poliacrilati, plastificanti e solventi atti a garantire la dispersione di pigmenti inorganici e di un legante secondario e/o di chelati metallici in forma di dette particelle al fine di ottenere un inchiostro fluido con viscosità adatta alla stampa serigrafica.
8. Metodo per la marcatura decorativa e indelebile di prodotti ceramici (2), in particolare di manufatti in vetro, caratterizzato dal fatto di comprendere le fasi di: - realizzare un supporto (3), preferibilmente trasparente, in forma di un nastro di materiale in foglio provvisto di una prima faccia (4) sulla quale è applicato un segno grafico (6), come una immagine, lettere o un logo, realizzato in modo da poter essere rimosso dal supporto per effetto di riscaldamento sotto pressione, il segno grafico essendo stato ottenuto per stampa serigrafica sulla prima faccia del supporto mediante almeno un inchiostro (7) comprendente un legante primario (8) in cui sono disperse particelle inorganiche; - trasferire il segno grafico (6) sul prodotto ceramico da decorare appoggiando il supporto, dalla parte della prima faccia, contro una superficie (12) del prodotto ceramico da decorare e applicando pressione e calore al supporto premendo almeno un rullo (20) rotante riscaldato contro il supporto da banda opposta alla prima faccia.
9. Metodo secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che viene scelta una granulometria dell’almeno un inchiostro (7) utilizzato per la stampa serigrafica sulla prima faccia del supporto, ovvero delle dette particelle, compresa tra 1 e 6 nella scala NPIRI e/o tra 12.5 e 15 micron, misurati secondo la norma ASTM D1316.
10. Metodo secondo la rivendicazione 8 o 9, caratterizzato dal fatto che il detto segno grafico (6) viene applicato sul supporto sopra uno strato di materiale distaccante (11) applicato direttamente sulla prima faccia e sul quale strato distaccante il detto segno grafico è stato ottenuto per stampa serigrafica effettuata direttamente sullo stato distaccante, che agisce come base di stampa; laddove lo strato distaccante è privo di silicone ed è preferibilmente costituito da complessi di cromo trivalente di acidi grassi aventi da 14 a 18 atomi di carbonio, eventualmente in soluzione di isopropanolo o isopropanolo e acqua; e l’almeno un inchiostro comprende, oltre al legante primario e ad eventuali solventi e additivi di processo, un altro componente scelto nel gruppo consistente in: un legante secondario combinato con uno o più pigmenti; chelati metallici, preferibilmente chelati organici di metalli preziosi come oro, palladio e platino, in sostituzione del legante secondario e del/dei pigmento/i nel caso si vogliano ottenere effetti metallizzati.