NL1020490C2 - Werkwijze voor het al dan niet volgens een patroon aanbrengen van een bekledingslaag op een ontvangstdrager. - Google Patents

Description

Werkwijze voor het al dan niet volgens een patroon aanbrengen van een bekledingslaag op een ontvangstdrager 5

De uitvinding betreft een werkwijze voor het aanbrengen van een vast verankerde, uniforme, dunne bekledingslaag op een ontvangstdrager.

In het bijzonder betreft de uitvinding een smeltbaar of verweekbaar poeder voor toepassing in zulke werkwijze. De ontvangstdrager ten gebruike in de werkwijze kan 10 van verschillende hoedanigheid zijn en bestaan uit bijvoorbeeld metaal, glas, kunststof of hout. De bekledingslaag kan als een dunne gesloten laag op de ontvangstdrager worden gevormd en bijvoorbeeld dienen als beschermingslaag die al dan niet tevens de functie heeft van een kleurende laag (verflaag). Evenzeer echter kan de bekledingslaag een laag zijn die slechts op bepaalde delen van het oppervlak van de ontvangstdrager 15 wordt aangebracht en dienen als decoratieve laag of een opschrift of tekst.

Voor het bekleden van oppervlakken van allerlei aard hebben naast de natte technieken, droge poedertechnieken de laatste jaren in toenemende mate betekenis gekregen. Bij deze droge poedertechnieken wordt het te bekleden oppervlak al dan niet beeldmatig met een uniforme laag poeder bedekt waarna het poeder door verwarming 20 wordt verweekt waardoor het tot een egale, gesloten laag uitvloeit. Voor het aanbrengen van het poeder op de ontvangstdrager zijn diverse technieken ontwikkeld zoals het opspuiten via een raster, het elektrostatisch bekleden door de ontvangstdrager elektrostatisch te laden of aan een geschikte potentiaal te leggen en het aan te brengen poeder, dat een elektrische tegenlading heeft of elektrisch geleidend is (gemaakt) 25 elektrostatisch aan het oppervlak te laten hechten. Voor het patroonsgewijs (beeldmatig) aanbrengen van een poeder kan een werkwijze worden gebruikt waarbij een ladingsbeeld op de (isolerende of van een isolerend toplaagje voorziene) ontvangstdrager wordt gevormd, bijvoorbeeld door schrijven met een stelsel pinelektrodes of door ladingsbeeldtransfer, het ladingsbeeld met poeder wordt 30 ontwikkeld en het poederbeeld door verhitting wordt gefixeerd.

Voor veel toepassingen, met name bij het aanbrengen van patronen of beelden op een ontvangstdrager, is het noodzakelijk of althans zeer gewenst dat slechts een dunne, liefst mono-korrellaag, poeder op de ontvangstdrager wordt aangebracht, welke dunne poederlaag vervolgens door verhitting wordt gesmolten tot een dunne, homogene, 35 gesloten filmlaag die stevig aan de ontvangstdrager is verankerd. Een dunne, uniforme 1 n?iUQü 2 poederlaag kan op de ontvangstdrager worden gevormd met behulp van een transfermethode waarin eerst op een relatief zacht elastomeer oppervlak, bestaande uit bijvoorbeeld siliconenrubber of perfluorpolyether (PFPE), een dunne poederlaag te vormen in het spiegelbeeld van het patroon zoals het op de ontvangstdrager dient 5 worden gevormd, het poeder terwijl het zich op het elastomeer-oppervlak bevindt door verwarming te verweken zodat het plakkend wordt en het plakkende poeder door druk-uitoefening over te dragen op de ontvangstdrager die eventueel is verwarmd. Nadat het poeder op de ontvangstdrager is overgedragen wordt het geheel verhit op een temperatuur (b.v. 150°C of meer) waarbij het poeder uitvloeit tot een egale, 10 samenhangende laag die duurzaam aan de ontvangstdrager is verbonden. Nadat de samenhangende laag aldus is gevormd volgt liefst nog een hardingsstap om het bindmiddel te verknopen en aldus de mechanische resistentie van de laag te verbeteren.

Poeders voor toepassing in een dergelijke werkwijze, met name poeders die uiteindelijk 15 een extreem dunne, gesloten en goed aan de ontvangstdrager hechtende laag moeten vormen, moeten aan hoge eisen voldoen. Zij moeten als poeder goede stromingseigenschappen hebben om in een uniforme monokorrellaag te kunnen worden aangebracht en zij moeten bij verhitting, zelfs bij een hoog gehalte aan vaste stof, zoals kleurpigment, smelten tot een dun-vloeibare smelt die goed over de ontvangstdrager 20 uitvloeit tot uniforme laag. Het bindmiddel in het poeder moet verknoopbaar zijn, maar de verknopingsreactie mag niet reeds in reëel merkbare mate op gang komen in het stadium waarin het poeder wordt verwarmd tot een goed vloeiende massa om het tot een dunne egale laag op de ontvangstdrager te formeren. Verder moet het poeder chemisch stabiel zijn gedurende langere perioden van opslag bij temperaturen tot 35° a 25 45°C, zijnde de temperatuur die in de verwerkingsapparatuur kan heersen.

De uitvinding betreft een werkwijze en in het bijzonder poeder voor toepassing in de werkwijze, waarmee dunne, egale, gesloten lagen op een ontvangstdrager kunnen worden gevormd.

Volgens de werkwijze van de uitvinding wordt op een elastomeer oppervlak als 30 spiegelbeeld van het uiteindelijk op de ontvangstdrager te vormen patroon een in wezen mono-korrellaag thermoplastisch bindmiddel bevattend poeder aangebracht, wordt het poeder in de mono-korrellaag terwijl het zich op het elastomeer oppervlak bevindt door verwarming plakkend gemaakt, wordt het plakkende poeder door drukoefening overgedragen op de ontvangstdrager, wordt de ontvangstdrager met het daarop 35 overgedragen poeder verwarmd tot een temperatuur waarbij het poeder tot een egale 1 02049 0 3 laag uitvloeit en wordt het bindmiddel in de laag verknoopt. De uitvinding is gekenmerkt door gebruik van een poeder dat een verknoopbare, in wezen lineaire polyesterhars met een gewichtsgemiddeld molecuul gewicht van 2.000-10.000 bevat.

De polyesterhars in het volgens de uitvinding toegepaste poeder is verknoopbare 5 polyesterhars, waarbij de verknoopbaarheid is verkregen door de hars zelf van reactieve groepen te voorzien die bij verhoogde temperatuur en/of bestraling met actinisch licht, zoals bijvoorbeeld UV-light de verknopingsreactie op gang brengen, of is gemengd met een komponent, bijv. een tweede hars, die groepen draagt welke bij verhoogde temperatuur in reaktie treden met reactieve groepen van de polyesterhars, 1 o bijvoorbeeld de carboxyl- en/of hydroxy-groepen.

Bij voorkeur bevat het tonerpoeder een in wezen lineaire polyesterhars met een gewichtsgemiddeld molecuulgewicht tussen 2.000 en 10.000 welke polyesterhars, of mengsel van zulke hars, volgens een verdere geprefereerde uitvoeringsvorm gemengd is met een relatief laag moleculaire epoxy-hars met een aantal gemiddeld 15 molecuulgewicht kleiner dan 1500 en een epoxygroep-gehalte van minder dan 60 mmol vrije epoxide groepen per kg.

Gevonden is dat polyesterharsen van het hiervoor genoemde type bij verwarming eerst een goed uitvloeiende smelt vormen en daarna by verdere verhitting op een temperatuur van tenminste ca. 200°C door intermoleculaire reactie verknopen. Na de 20 verknoping is een laag met een hoge mechanische resistentie gevormd die niettemin nog voldoende elastisch is om de drager waarop het laagje is aangebracht te kunnen buigen. Dit gunstige gedrag geldt in vaak nog verbeterde mate als de polyesterhars is vermengd met laag-moleculaire epoxyhars als hiervoor gedefinieerd.

Het gehalte aan epoxide groepen in deze epoxyhars moet niet te hoog zijn (b.v. minder 25 dan 60 mmol/kg) omdat anders het gevaar bestaat dat de verknopingsreactie te vroeg op gang komt en daardoor het uitvloeien van de hars tot een egale laag te wensen overlaat.

De polyesterhars is bij voorkeur afgeleid van een dicarbonzuur en een diol, bij voorkeur een veretherd bisphenol.

30 Het dicarbonzuur kan verzadigd dan wel onverzadigd zijn en bijvoorbeeld bestaan uit fumaarzuur, maleïne zuur, malonzuur, barnsteenzuur, glutaarzuur en cyclohexaan-dicarbonzuur of mengsels van dergelijke zuren. Verder zijn geschikt aromatische dicarbonzuren zoals ftaalzuur, terephtaalzuur en isoftaalzuur, alsmede mengsels van aromatische dicarbonzuren en mengsels van een of meer aromatische dicarbonzuren 35 met één of meer alifatische verzadigde of onverzadigde dicarbonzuren.

1 n?(Uöy 4

Het diol is bij voorkeur een veretherde bisfenol. Typische voorbeelden zijn polyoxyethyleen (2)-2,2-bis(4-hydroxyfenyl)-propaan, polyoxypropyleen(3)-2,2-bis(4-hydroxyfenyl)-propaan, polyoxypropyleen(2)-2,2-bis(4-hydroxyfenyl)-propaan, polyoxypropyleen(3)-bis(4-hydroxyfenyl)-sulfon, polyoxypropyleen(2)-bis(4-5 hydroxyfenyl)-thioether en mengsels van zulke diolen.

Het aantal gemiddeld molecuulgewicht van de polyesterhars bedraagt 2.000-10.000. In deze gewichtsrange hebben de harsen de meest geschikte visco-elastische eigenschappen die in de werkwijze volgens de uitvinding zijn vereist om de thermisch plakkend gemaakte poederlaag nagenoeg kwantitatief van het elastomeer oppervlak 10 onder drukuitoefening over te brengen op de ontvangstdrager. De polyesterhars (of mengsel van polyesterharsen) kan met voordeel worden gemengd met een verknopingsmiddel dat bij voorkeur bestaat uit een laag moleculaire epoxyhars met een aantal gemiddeld molecuulgewicht < 1500 en een gehalte aan reactieve epoxide groepen van ten hoogste 60 mmol per kg. Geschikte epoxyharsen zijn op basis van de 15 laagmoleculaire epoxyharsen zoals die bijvoorbeeld van Shell Nederland B.V.

commercieel verkrijgbaar zijn onder de naam Epikote 828, 838 en 1001. Het gehalte aan vrije epoxide groepen van deze commercieel verkrijgbare harsen is hoger dan het geprefereerde maximum van 60 mmol per kg. Daarom wordt een deel van de reactieve epoxide groepen door reactie met een monofunktioneel reagens gedesactiveerd om 20 aldus een hars te verkrijgen die aan de eis van ten hoogste 60 mmol epoxidegroepen per kg voldoet. Het monofunktlonele reagens om de overmaat aan reactieve epoxidegroepen te desactiveren kan een monofunktionele alcohol of fenol zijn of een monofunctioneel carbonzuur. Geschikte monofunktionele reagentia zijn fenol, 0-tert. butylfenol, p-sec. butylfenol, p-cyclohexylfenol, a-naftol, β-naftol, octylfenol, nonylfenol, 25 fenylazijnzuur, difenylazijnzuur, p-ter. butyl-benzoëzuur, p-isopropylbenzoëzuur.

Het relatief lage gehalte aan reactieve epoxide groepen is nodig om te bereiken dat het harspoeder bij de hoge temperatuur fixering op ontvangstdrager eerst de gelegenheid krijgt om als dunne smelt tot een egale laag op de ontvangstdrager te vervloeien en pas daarna te verknopen tot een duurzame laag.

30 De verhouding polyesterhars tot epoxyhars in het poeder kan tussen vrij ruime grenzen variëren en ligt bij voorkeur tussen 60 :40 en 30 : 70.

In plaats van een mengsel van polyesterhars en thermisch verknopingsmiddel, kan volgens de uitvinding toegepast poeder een polyesterhars bevatten die in zijn molecuulstructuur verknoopbare groepen draagt, zodat de hars door een thermisch of 35 anderszins geïnitieerde intermoleculaire reactie kan uitharden. Zeer geschikte 1020490 * 5 polyesterharsen zijn polyesterharsen of polyesterhars bevattende samenstellingen die door UV-licht kunnen worden verknoopt. Voorbeelden zijn: onverzadigde polyesters afgeleid van een overzadigd dicarbonzuur zoals fumaarzuur of maleïnezuur en gemengd met een kristallijn verknopingsmiddel op basis van een vinylether, 5 ge(metha)acryleerde polyesters al dan niet gecombineerd met een kristallijn verknopingsmiddel, onverzadigde polyesters vermengd met een vast urethaanacrylaat. In de UV-verknoopbare samenstellingen hebben de aanwezige polyesterharsen een aantal-gemiddeld molecuulgewicht van 2.000 -10.000.

Naast de hars bevat het poeder kleurgevend materiaal zoals carbonblack, organisch of 10 anorganisch pigment, kleurstof en/of andere materialen die zijn gekozen afhankelijk van de met het poeder beoogde toepassing. Zo kan het poeder magnetisch of magnetiseerbaar pigment bevatten wanneer magnetisch detecteerbare patronen op de ontvangstdrager dienen te worden aangebracht. Bismuth oxide kan (Bi203) worden toegevoegd samen met eventuele hulpstoffen zoals laagsmeltend glas 15 (hechtingsverbeteraar) wanneer een electronen reflecterende bekleding moet worden aangebracht, bijvoorbeeld bij de productie van schaduwmaskers voor beeldbuizen. Het gehalte pigment in het poeder kan tot 60 gew.% procent of zelfs meer bedragen. Zelfs bij dit hoge vaste stof gehalte blijkt het poeder bij de verhitting tot ca. 150°C goed uit te vloeien tot een gesloten laag.

20 De deeltjesgrootte van het poeder kan binnen ruime grenzen variëren en ligt bij voorkeur tussen 2 en 60 micrometer. Een bijzondere mogelijkheid van de werkwijze volgens de uitvinding is dat de uiteindelijk te vormen laagdikte voor een belangrijk deel door de keuze van de deeltjesgrootte van het poeder kan worden gestuurd. Zo kunnen lagen van slechts enkele micrometers dikte worden gevormd door de monokorrellaag te 25 vormen met een poeder met gemiddelde deeltjesgrootte van 5 è 6 micrometer en een deeltjesgrootte spreiding tussen b.v. ca. 4 en 10 micrometer, terwijl dikkere lagen kunnen worden gevormd door een poeder toe te passen met een grotere gemiddelde deeltjesgrootte en -spreiding (b.v. respectievelijk 15 -16 en 12 - 20 micrometer).

In de werkwijze volgens de uitvinding wordt het poeder met de hierboven omschreven 30 samenstelling in een dunne, in wezen mono-korreliaag op een zacht elastomeer oppervlak gevormd. Het zacht elastomeer oppervlak bestaat bijvoorbeeld uit een 50-200 micrometer dikke, op een geschikte drager of onderlaag aangebrachte laag van siliconenrubber of ander rubberachtig materiaal, bijvoorbeeld perfluorpolyether. De hardheid van het elastomeer materiaal is bij voorkeur tussen 15 en 80 graden Shore A. 35 Geschikte siliconenrubbers zijn beschreven in onder meer NL-A-8801669. Een als 1 0?iU9 il 6 volvlak uitgevoerde mono-korrellaag kan op het elastomeer oppervlak worden gevormd door het elastomeer oppervlak dat als (eventueel eindloze) band of een rol is uitgevoerd te drukken tegen een bewegende band of rol waarop een laag poeder aanwezig is.

Door de drukuitoefening gaat een mono-korrellaag poeder op het elastomeer oppervlak 5 over. Indien het poeder in de vorm van een bepaald (beeld)patroon op de ontvangstdrager dient te worden aangebracht, wordt het poeder als spiegelbeeld van dit patroon op het elastomere oppervlak gevormd. Dit kan gebeuren door op een electro(foto)grafisch of magnetisch beeldvormingsmedium een latent electrostatisch of magnetisch beeld te vormen in de vorm van een patroon overeenkomend met het op de 10 ontvangstdrager te vormen patroon, dit patroon met het volgens de uitvinding toegepaste poeder zichtbaar te maken en vervolgens het beeldvormingsmedium met het daarop aanwezige poederbeeldpatroon tegen het elastomeer oppervlak te drukken waardoor op het elastomeer oppervlak een monokorrellaag poeder als spiegelbeeld van het uiteindelijk te vormen patroon wordt gevormd. Het poeder op het elastomeer 15 oppervlak wordt verwarmd met behulp van een of meer externe verwarmingsbronnen, met verwarmingsbronnen die binnen de met elastomeer materiaal beklede wals of, in geval een band wordt gebruikt, binnen de omloopbaan van de band zijn opgesteld. Om het poeder thermisch plakkend te maken wordt het elastomere oppervlak verwarmd tot een temperatuur van ca. 80 tot 120°C. Verder kan de ontvangstdrager waarop het beeld 20 door drukcontact wordt overgedragen met voordeel eveneens enigszins worden verwarmd, bijvoorbeeld op een temperatuur tussen 50° en 100°C. Voor de drukoverdracht vanaf het elastomere oppervlak naar de ontvangstdrager wordt een lineaire druk van 800 tot 1500 N/m toegepast. De drukoverdracht van het poeder vanaf een beeldvormingsmedium naar het elastomere oppervlak kan, afhankelijk ook van de 25 hardheid van het elastomere oppervlak, geschieden bij een wat lagere druk. Doorgaans wordt het gewenste overdrachtsresultaat bereikt bij een lineaire druk van 600-800 N/m. Nadat het poeder op de ontvangstdrager is aangebracht wordt de drager verwarmd tot een temperatuur waarbij het poeder tot een dunne egale laag uitvloeit. Nadat de egale gesloten laag is gevormd, wordt het bindmiddel verknoopt door de drager te verhitten op 30 een temperatuur waarbij de verknopingsreactie plaats heeft, of door de harslaag, eventueel onder verwarming, te bestralen met aktinisch licht, bijvoorbeeld U.V.-licht. Indien het poeder een thermisch verknopende polyesterhars bevat, is de polyesterhars of de polyesterhars bevattende samenstelling bij voorkeur zó gekozen dat de verknopingsreactie plaats heeft bij een temperatuur juist boven de temperatuur waarbij 35 de poederoverdracht naar de ontvangstdrager plaats heeft. Ingeval een fotochemisch 1020490 7 verknoopbare polyesterhars of polyesterhars bevattende samenstelling wordt toegepast kan het voor een vlot verloop van de fotochemische hardingsreactie eveneens nodig zijn om de hars tijdens of voorafgaand aan de bestraling met aktinisch licht te verwarmen. Vanzelfsprekend dient bij de toepassing van fotochemisch verknoopbare 5 hars, het proces dat aan de verknopingsstap vooraf gaat, te worden uitgevoerd onder omstandigheden waarbij voortijdige fotochemische verknoping van de hars wordt vermeden.

Bi j toepassing van de werkwijze volgens de uitvinding wordt aldus een mechanisch resistente, niettemin nog redelijk elastische laag gevormd die vervorming (buiging) van 1 o de drager toelaat zonder daarbij te scheuren of direct van de drager los te laten. Voor sommige toepassingen wordt de laag, nadat zij is verknoopt en de drager in de gewenste vorm is gevormd (gebogen), verder verhit op een hogere temperatuur om het bindmiddel geheel uit te stoken en aldus een keramische of glasachtige laag op deze drager te formeren. Deze naverhitting vindt b.v. plaats bij toepassing van de werkwijze 15 volgens de uitvinding voor de vervaardiging van schaduwmaskers van CRT-buizen.

Voorbeeld.

Door in op zichzelf bekende wijze de thermoplastische hars te smelten, de pigmenten in de harsmelt homogeen te verdelen, de smelt tot een vaste massa af te koelen en de 20 vaste massa te malen en te zeven, werd poeder bereid met een deeltjesgrootte tussen ca. 5 en 15 micrometer en bevattende:

Carbonylijzer 1,5 kg

Bismuthoxide (Bi203) 4,8 kg 25 Epikote 828, waarvan het gehalte aan reactieve epoxide groepen door reactie met p-cumylfenol was gereduceerd tot ca. 4 mmol/kg 2,2 kg

Polyesterhars (Mn 8300) van bisfenol A en adipinezuur en tereftaalzuur in de mol.verhouding 27:73 1,5 kg 30

Dit poeder werd volgens de werkwijze als beschreven in Nederlands octrooi nr. 168347 met een laagje carbon black bedekt, waardoor een elektrisch geleidend poeder met een specifieke weerstand van 5,3 x 103 ohm.m werd verkregen.

35 Met het aldus verkregen poeder werd op een standaard verkrijgbare organische 1 n?ru9 o 8 fotogeleider een poedervlak gevormd door de fotogeleider electrostatisch te laden en daarna het ladingspatroon in een zgn. magneetborstel-ontwikkelinrichting met het poeder te “ontwikkelen”.

Het poedervlak werd door drukuitoetening (lijndruk ca. 800 N/m) overgedragen op tot 5 een 100°C verwarmde wals met een diameter van ca. 100 mm en bestaande uit een stalen kern met daarop een ca. 1,7 mm dikke onderlaag van gepigmenteerde RTV-siliconenrubber en een ca. 50 micrometer dikke toplaag van tweede RTV-siliconenrubber, een en ander zoals beschreven in voorbeeld 1 van de Nederlandse octrooiaanvrage nr. 8801669. Aldus werd op de wals een vrijwel monokorrel-laag 10 poeder gevormd. Nadat het poeder kleverig was geworden werd het onder drukuitoetening overgedragen op een tot ca. 90°C verwarmd basismateriaal voor de vorming van schaduwmaskers bestaande uit INVAR. De op het INVAR basismateriaal overgedragen dunne poederlaag werd vervolgens verhit op 150°C gedurende circa 5 minuten waardoor het poeder tot een dunne, gesloten laag invloeide, daarbij de fijne 15 openingen van het schaduwmasker-basismateriaal nagenoeg volkomen vrijlatend. In een CO/C02 atmosfeer werd het schaduwmasker op 650°C verhit om de hars uit te stoken. Aldus werd een schaduwmasker verkregen met volledig vrije openingen en voor het overige bedekt met een dunne uniforme electronen-reflecterende laag.

1 n?rua n

Claims (10)

1. Werkwijze voor het eventueel beeldmatig aanbrengen van een uniforme, dunne bekledingslaag op een ontvangstdrager waarbij een poeder dat smeltbare hars bevat in 5 een dunne, in wezen monokorrellaag wordt afgezet op een zacht elastomeer oppervlak, het op het elastomere oppervlak aanwezige poeder door verwarming plakkerig wordt gemaakt en het plakkerige poeder door drukuitoefening wordt overgedragen op een definitieve ontvangstdrager, met het kenmerk dat de ontvangstdrager na de overdracht van het plakkerige poeder wordt verhit op een temperatuur waarbij het poeder tot een 10 egale laag over de drager uitvloeit en dat poeder wordt toegepast dat een verknoopbare polyesterhars bevat die een aantal gemiddeld molecuulgewicht heeft tussen 2.000 en 10.000 en dat de hars na het vormen van de egale laag wordt verknoopt.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk dat de polyesterhars is afgeleid van een veretherd bisfenol.

3. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk dat het poeder een epoxyhars met een aantal gemiddeld molecuulgewicht beneden 1500 en een epoxygroep gehalte van minder dan 60 m.mol/kg. bevat.

4. Werkwijze volgens conclusie 3, met het kenmerk dat het poeder polyesterhars en epoxyhars bevat in de gewichtsverhouding tussen 60/40 en 30/70.

5. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk dat het poeder een door aktinisch licht verknoopbare polyesterhars bevat.

6. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk dat het poeder als toevoeging pigment en/of kleurstof bevat.

7. Werkwijze volgens conclusie 6, met het kenmerk dat het poeder 25 magnetiseerbaar pigment bevat.

8. Werkwijze volgens conclusie 6, met het kenmerk dat het poeder pigment bevat dat een electronen-reflecterende laag vormt.

9. Werkwijze volgens conclusie 8, met het kenmerk dat het poeder bismuthoxide bevat.

10. Werkwijze volgens conclusie 8, met het kenmerk dat de drager nadat de hars is verknoopt, wordt verhit tot een temperatuur waarbij de hars wordt uitgestookt. 1 noruG n