DE102006011983A1

DE102006011983A1 - Verfahren zum Bedrucken einer Oberfläche

Info

Publication number: DE102006011983A1
Application number: DE102006011983A
Authority: DE
Inventors: Michael Vankov; Harald De Buhr
Original assignee: Braun GmbH
Current assignee: Braun GmbH
Priority date: 2006-03-16
Filing date: 2006-03-16
Publication date: 2007-09-20
Also published as: WO2007104428A1; CN101405144A; US20090239046A1; MX2008011278A; EP1996407A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Folienheißprägeverfahren zum Bedrucken einer Oberfläche (24) und eine entsprechende Prägefolie, insbesondere zum Bedrucken einer Kunststoffoberfläche (24). Die Prägefolie (40) weist zumindest eine Motiv- oder Farbschicht (20) und eine Schmelzschicht (22) auf. Die Prägefolie wird mittels eines Prägestempels (30) auf die Oberfläche (24) gedrückt, wobei ein Wärmeeintrag in die Schmelzschicht (16, 22) mittels Hochfrequenzstrahlung (28) erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bedrucken einer Oberfläche, insbesondere einer Kunststoffoberfläche, mittels Heißprägen, insbesondere Folienheißprägen und einen Folienträger und eine Zahnbürste.

Stand der Technik

Zum Dekorieren und Bedrucken von Kunststoffoberflächen finden Heißprägeverfahren Anwendung. So wird beispielsweise beim Folienheißprägen eine aus mehreren Schichten bestehende vorgefertigte Prägefolie verwendet, welche die auf die Oberfläche aufzubringende Information beispielsweise in Form von ein- oder mehrfarbigen Bildern, Schriftzügen, Logos und dergleichen trägt.

Die in einer Farbschicht der Prägefolie enthaltenen Farbpigmente werden von der Folie auf die zu bedruckende Oberfläche übertragen, wozu eine Zuführung von Wärme erforderlich ist. Diese dient zum einen dem Ablösen der Farbschicht von der Prägefolie und zum anderen zum Fixieren der Farbschicht auf der zu bedruckenden Kunststoffoberfläche.

Der Wärmeeintrag erfolgt im Allgemeinen über einen beheizbaren Heißprägestempel. Die von diesem ausgehende Wärme wird beim Bedrucken der Oberfläche durch die gesamte Folie hindurchgeleitet.

Aus der DE 103 18 909 A1 ist beispielsweise bekannt, dass der Heißprägestempel aus einem beheizbaren Aluminiumträger mit einer Silikonbeschichtung zum Ausgleichen von Unebenheiten des zu bedruckenden Kunststoffteils besteht. Aufgrund der schlechten Wärmeleitungseigenschaften von Silikon muss der Aluminiumträger auf relativ hohe Temperaturen aufgeheizt werden, damit der Wärmeeintrag in die Prägefolie für das Bedrucken der Oberfläche ausreicht. Demzufolge liegt regelmäßig ein relativ hoher Temperaturgradient zwischen dem Aluminiumträger und der Silikon-Außenoberfläche des Heißprägestempels vor.

Problem

Eine Temperaturregelung des Heißprägestempels ist durch die Wärmeleitungseigenschaften der aufzuheizenden Materialien naturgemäß relativ träge. Ein hoher Temperaturgradient im Bereich der Silikonbeschichtung schlägt sich in einer kurzen Lebensdauer dieser Beschichtung nieder. In der industriellen Massenfertigung mit vorgegebenen und recht kurz bemessenen Taktzeiten kann sich die Silikonbeschichtungen zwischen den Druckvorgängen nur unzureichend erholen. Auch kann es bei Stillstandszeiten des Heißprägestempels zu einer unerwünschten Temperaturerhöhung kommen, wodurch letztlich Ausschussteile produziert werden.

Aufgabe

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Folienheißprägeprozess zum Bedrucken von Kunststoffoberflächen zu vereinfachen und zu optimieren und einen Folienträger und entsprechend bedruckte Zahnbürste bereitzustellen. Hierbei soll zudem eine Materialbeanspruchung des Prägestempels als auch der zu bedruckenden Oberfläche möglichst minimiert werden. Die Erfindung soll zudem kürzere Taktzeiten als auch Prägezeiten zur Verfügung stellen, sodass der gesamte Prägevorgang hinsichtlich Kosten und Zeit optimiert werden kann. Weiterhin soll eine bessere Haftung des Dekors bzw. des Motivs oder Bildes an der zu bedruckenden Kunststoffoberfläche erreicht werden.

Erfindung und vorteilhafte Wirkungen

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird mittels eines Verfahrens gemäß Patentanspruch 1 sowie mit Hilfe einer Trägerfolie, gemäß Patentanspruch 6 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Das erfindungemäße Verfahren zum Bedrucken einer Oberfläche, insbesondere einer Kunststoffoberfläche, ist ein Folienheißprägeverfahren, bei dem die Trägerfolie zumindest eine Farbschicht und zumindest eine Schmelzschicht aufweist. Zum Aufbringen einer Farbschicht auf die zu bedruckende Oberfläche wird ein Prägestempel verwendet, der die Präge folie und somit auch die informationstragende Farbschicht auf die zu bedruckende Oberfläche drückt.

Die zumindest eine Schmelzschicht ist als Schmelzklebeschicht und/oder als Ablöseschicht ausgebildet. Beide, sowohl Ablöse- als auch Schmelzklebeschicht, schmelzen beim Prägevorgang aufgrund eines Wärmeeintrags, sodass die Motiv- oder Farbschicht auf dem zu bedruckenden Substrat fixiert und eine Trägerfolie der Prägefolie sich von dem auf der Oberfläche fixierten Motiv ablöst.

Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der Wärmeeintrag in die zumindest eine Schmelzschicht mittels Hochfrequenzstrahlung erfolgt. Zumindest die Schmelzschicht ist hierbei derart ausgebildet, dass sie bei Beaufschlagung mit Hochfrequenzstrahlung eine Erwärmung erfährt. Auf diese Art und Weise kann ein zielgerichtetes Einbringen von Wärme in die beim Prägevorgang aufzuschmelzende Schicht erfolgen, ohne dass hierfür ein beheizbarer Prägestempel notwendig ist.

Auch muss hierbei die Wärme nicht von außen der Prägefolie zugeführt werden. Durch die Bestrahlung mit Hochfrequenzwellen wird eine lokale Erwärmung direkt in den zu erwärmenden Schichten bereitgestellt. Je nach Strahlungsbeaufschlagung kann somit ein gleichmäßiges und schnelles Erwärmen bzw. Erhitzen der Schmelzschicht bei gleichzeitig minimaler Beanspruchung der Trägerfolie, der Prägevorrichtung und des zu bedruckenden Substrats erreicht werden.

Weiterhin kann durch die Verwendung von Hochfrequenzstrahlung ein dem Taktzyklus entsprechendes Erhitzen der Schmelzschicht erreicht werden. Durch das direkte Einbringen der Wärmeenergie in die Schmelzschicht kann der Prägevorgang gänzlich unabhängig von den übrigen Materialien und der Geometrie, insbesondere der Dicke der Prägefolie, gestaltet werden. Zudem führt das gezielte und besser kontrollierbare Einbringen der Wärmeenergie in die Schmelzschicht letztlich zu einer besseren Fixierung und Haftung der Motiv- oder Farbschicht auf der Kunststoffoberfläche.

Nach einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung werden der Schmelzschicht Metallpartikel zugegeben. Ein solches Hinzufügen findet beispielsweise bereits bei der Herstellung der Prägefolie statt, sodass die Metallpartikel vor dem eigentlichen Prägeprozess bereits innerhalb der Prägefolie vorliegen. Die Schmelzschicht, die sowohl als Schmelzklebeschicht als auch als Ablöseschicht ausgebildet sein kann, erfährt aufgrund der Wechselwirkung der Metall partikel mit der Hochfrequenz (HF)-Strahlung entsprechend der Verteilung der Metallpartikel in der Schicht eine nahezu instantane Erwärmung im HF-Feld.

Nach einer weiteren Ausführungsform sind die Metallpartikel im Wesentlichen gleichmäßig verteilt in der Schmelzschicht angeordnet. Diese gleichmäßige Verteilung von Metallpartikeln oder Metallpigmenten führt bei gleichmäßiger Beaufschlagung von HF-Strahlung zu einer gleichmäßigen Erwärmung der Schmelzschicht.

Nach einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Schmelzschicht auf eine Temperatur zwischen 30°C und 250°C, vorzugsweise auf eine Temperatur zwischen 80°C und 120°C, aufgezeigt wird. Aufgrund des zielgerichteten und direkten Wärmeeintrags in die Schmelzschicht kann der Prägestempel als so genannter kalter, d.h. nicht aktiv erhitzbarer Prägestempel ausgebildet werden.

Wärmeleitungseffekte innerhalb der Prägefolie können daher im Wesentlichen vernachlässigt werden, sodass eine vorgegebene Temperatur allein durch die Strahlungsleistung, Strahlungsdauer und die Beschaffenheit der Schmelzschicht, insbesondere der Dichte der in ihr enthaltenen Metallpartikel präzise eingestellt werden kann. Das Messen einer Temperatur der Schmelzschicht während des Prägevorgangs im Zuge der Prozesskontrolle kann daher in kosteneinsparender Weise entfallen.

Nach einem weiteren Aspekt ist die zu bedruckende Oberfläche Teil einer aus Kunststoff bestehenden Zahnbürste. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Bedrucken einer Kunststoffoberfläche ist daher vorwiegend zum Bedrucken von Zahnbürsten vorgesehen.

Nach einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Prägefolie zum Bedrucken einer Oberfläche, insbesondere einer Kunststoffoberfläche. Die Prägefolie weist zumindest eine auf die Oberfläche aufzubringende Motiv- oder Farbschicht und zumindest eine Schmelzschicht auf, wobei zumindest die Schmelzschicht mittels Hochfrequenzstrahlung erhitzbare Metallpartikel aufweist.

Weiterhin betrifft die Erfindung eine Zahnbürste bei der insbesondere der Handgriff gemäß den obigen Verfahrensmerkmalen bedruckt ist.

Ausführungsbeispiel
Weitere Ziele, Vorteile, Merkmale und vorteilhafte Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen. Dabei bilden sämtliche beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von den Patentansprüchen oder deren Rückbezügen.
Die einzige Figur zeigt einen Prägestempel, Prägefolie und Substrat im Querschnitt.
Der in 1 dargestellte Prägestempel 30 weist einen vorzugsweise aus Aluminium bestehenden Träger 10 mit einer Silikonbeschichtung 12 auf, die zum Ausgleichen von Unebenheiten des zu bedruckenden Substrats 26 vorgesehen ist.
Die Prägefolie 40 besteht aus mehreren Schichten, nämlich Trägerfolie 14, Ablöseschicht 16, Klarlackschicht 18, Farb- oder Motivschicht 20 und Schmelzklebeschicht 22. Hierbei ist zumindest die Schmelzklebeschicht 22, vorzugsweise aber auch die Ablöseschicht 16, Schmelzschicht im Sinne dieser Erfindung.
Beim Heißpressvorgang wird die Prägefolie 40 auf die zu bedruckende Oberfläche 24 des Substrats 26 mittels des Prägestempels 30 gedrückt. Der zum Aufschmelzen von Schmelzklebeschicht 22 und Ablöseschicht 16 erforderliche Wärmeeintrag erfolgt hierbei über Hochfrequenzstrahlung, die mit den in den Schichten 16 und 22 vorhandenen Metallpartikeln wechselwirkt und so zu einer zielgerichteten und lokalen Erwärmung dieser zum Schmelzen vorgesehenen Schichten führt.
Das Erhitzen der Schmelzklebeschicht 22 führt zum Verbinden und Fixieren der Motiv- oder Farbschicht 20 an der Oberfläche 24 des Substrats 26, das typischerweise aus Polypropylen besteht.
Das Erhitzen der Ablöseschicht 16 führt dazu, dass die Trägerfolie 14 von der Farb- bzw. Motivschicht 20 und einer darüberliegenden Klarlackschicht 18 gelöst werden kann. Am Ende des Prägeprozesses bildet somit die Klarlackschicht 18 eine für die Farb- oder Motivschicht 20 schützende Oberfläche des bedruckten Substrats 26.

Claims

Verfahren zum Bedrucken einer Oberfläche (24), insbesondere Kunststoffoberfläche, mittels einer eine Motiv- oder Farbschicht (20) und zumindest eine Schmelzschicht (16, 22) aufweisenden Trägerfolie (40), die zum Aufbringen der Motiv- oder Farbschicht (20) auf die zu bedruckende Oberfläche (24) mittels eines Prägestempels (30) auf die Oberfläche (24) gedrückt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmeeintrag in die Schmelzschicht (16, 22) mittels Hochfrequenz Strahlung (28) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzschicht (16, 22) Metallpartikel zugegeben werden.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallpartikel im Wesentlichen gleichmäßig verteilt in der Schmelzschicht (16, 22) angeordnet sind.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelzschicht (16, 22) auf eine Temperatur zwischen 30°C und 250°C, vorzugsweise auf eine Temperatur zwischen 80°C und 120°C aufgeheizt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (24) Teil einer aus Kunststoff bestehenden Zahnbürste ist.
Folienträger zum Bedrucken einer Oberfläche (24), insbesondere Kunststoffoberfläche, mit einer auf die Oberfläche (24) aufzubringenden Motiv- oder Farbschicht (20) und zumindest einer Schmelzschicht (16, 22), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Schmelzschicht (16, 22) mittels Hochfrequenz Strahlung (28) erhitzbare Metallpartikel aufweist.
Zahnbürste mit einer Bedruckung aufgebracht mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1–5.