DE102010017429A1

DE102010017429A1 - Verfahren zur Erzeugung strukturierter Beschichtungen

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Publication number: DE102010017429A1
Application number: DE201010017429
Authority: DE
Inventors: Thomas Günter; Dr. Riedl Rudolf; Sebastian SCHULZE; Steffen Teuber; Tim Heinz; Martin Albers; Sabine Forschbach
Original assignee: GUENTER THOMAS TRENDHOUSE 42 GmbH; Bergische Universitaet Wuppertal
Current assignee: Guenter Thomas Trendhouse 42 GmbH; Bergische Universitaet Wuppertal
Priority date: 2010-06-17
Filing date: 2010-06-17
Publication date: 2011-12-22

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren insbesondere Druckverfahren zur Herstellung einer strukturierten Beschichtung auf einem Substrat, sowie ein beschichtetes Substrat, insbesondere ein Druckerzeugnis.

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Veredelung von Druckerzeugnissen. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer strukturierten Beschichtung auf einem bedruckbaren Substrat sowie entsprechend hergestellte Druckerzeugnisse.
Bei Produktverpackungen wie auch anderen Printmedien dient ein hochwertiges Design dazu, sich von der Masse an Informations- und Produktangeboten abzuheben. Insbesondere die Nachfrage nach Metallic-Veredelungen hat in den vergangenen Jahren deutlich zugenommen.
Es ist im Stand der Technik bekannt, silberne, goldene oder metallisierende Oberflächen beispielsweise durch Heiß- oder Kaltfolienprägung oder durch die Verwendung von Spiegelkartons zu erzeugen. Um Metalliceffekte bei hochveredelten Druckprodukten bzw. im Verpackungsdruck zu erzeugen, liefern Metallic-Folienkaschierungen und -prägungen derzeit die besten Ergebnisse. Metallic-Folien weisen insbesondere einen hohen Glanz und eine hohe Oberflächenglätte auf. Neben glattem Metallicpapier ist es weiter bekannt, strukturierte oder Effekt-Oberflächen durch eine nachträgliche Prägung des Papiers oder Kartons zu erzeugen. Gemeinsames Kennzeichen aller durch Prägeverfahren hergestellten Folienoberflächen ist eine regelmäßige, nicht-stochastische Oberflächenstruktur.
Hinsichtlich der Materialkosten, des Materialverbrauchs und des Umweltschutzes sind Folienkaschierungen und -prägungen jedoch nachteilig. So fallen große Mengen an Abfällen und ungenutzter Folie an, die entsorgt werden müssen. Weiter haben diese Verfahren den Nachteil, dass hierzu zusätzliche und aufwendige Verfahrensschritte notwendig sind. Aufgrund der hohen Kosten sind Metallic-Folienkaschierungen und -prägungen üblicherweise auf hochveredelte Druckprodukte wie Briefbögen, Visitenkarten, Geschäftsberichte, Verpackungen oder Ähnliches beschränkt.
Aufgabe der Erfindung war es daher, wenigstens einen Nachteil des Standes der Technik zu überwinden. Insbesondere war es Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit dem strukturierte Oberflächen mit geringerem Aufwand und/oder Kosten herstellbar sind.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren, insbesondere ein Druckverfahren, zur Herstellung einer strukturierten Beschichtung auf einem Substrat umfassend die nachfolgenden Schritte:

a) Bereitstellen eines Substrats mit einer Oberflächenspannung im Bereich von ≥ 18 mN/m bis ≤ 33 mN/m, oder Beschichten eines Substrats mit wenigstens einer ersten Schicht mit einer Oberflächenspannung im Bereich von ≥ 18 mN/m bis ≤ 33 mN/m;
b) Aufbringen eines metallpartikelhaltigen Lacks und/oder einer metallpartikelhaltigen Druckfarbe mit einer mittleren Beschichtungsmasse im Bereich von ≥ 2 g/m² bis ≤ 20 g/m² auf das Substrat oder die erste Schicht;
c) Trocknen des metallpartikelhaltigen Lacks und/oder der metallpartikelhaltigen Druckfarbe, wobei das Trocknen zeitverzögert einsetzt.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein beschichtetes Substrat, insbesondere Druckerzeugnis, hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
In überraschender Weise wurde ein Verfahren gefunden, bei dem sich eine strukturierte Beschichtung, insbesondere eine unregelmäßige oder stochastische Strukturierung, durch ein Beschichtungsverfahren insbesondere durch ein Druckverfahren herstellen lässt.
Unter dem Begriff einer ”strukturierten” Beschichtung wird im Sinne der vorliegenden Erfindung verstanden, dass die Schicht eine gewollte und erfassbare Unregelmäßigkeit aufweist, die bevorzugt einen haptischen und/oder visuellen Effekt erzeugt. Vorzugsweise weist die Beschichtung eine raue, metallische und/oder gekörnte Oberfläche auf. Insbesondere weist die Beschichtung vorzugsweise unterschiedlich geformte Strukturen und/oder Flächen auf.
Unter dem Begriff einer ”stochastischen” Strukturierung einer Schicht wird im Sinne der vorliegenden Erfindung verstanden, dass die Schicht eine unregelmäßige Struktur aufweist.
Insbesondere lassen sich durch das erfindungsgemäße Verfahren Druckerzeugnisse mit metallisch anmutender Oberflächengestaltung mit visuell und haptisch wahrnehmbaren gestalterischen Effekten herstellen. So können durch die strukturierte Oberfläche auch interessante visuelle Effekte erreicht werden, indem beispielsweise hell-dunkel-Schattierungen auftreten können. Diese Effekte können zur Erzielung einer hochwertigen, haptisch wahrnehmbaren Oberflächenbeschichtung beispielsweise zur Veredelung hochwertiger Printerzeugnisse für Verpackung und Akzidenz dienen.
In anderen Worten wird eine strukturierte Beschichtung hergestellt, indem auf ein Substrat oder eine erste Beschichtung des Substrats mit einer Oberflächenspannung im Bereich von ≥ 18 mN/m bis ≤ 33 mN/m ein metallpartikelhaltiger Lack und/oder eine metallpartikelhaltige Druckfarbe mit einer mittleren Beschichtungsmasse im Bereich von ≥ 2 g/m² bis ≤ 20 g/m² aufgebracht wird, wobei man den metallpartikelhaltigen Lack und/oder die metallpartikelhaltige Druckfarbe zeitverzögert trocknet.
Unter dem Begriff einer ”zeitverzögerten” Trocknung wird im Sinne der vorliegenden Erfindung verstanden, dass man das Trocknen des metallpartikelhaltigen Lacks und/oder der metallpartikelhaltigen Druckfarbe nicht unmittelbar nach dem Aufbringen durchführt.
Es wird vermutet, dass während eines Zeitraums im Bereich von wenigstens ≥ 0,5 s bis ≤ 5 s eine stochastische Verteilung des metallpartikelhaltigen Lacks oder der metallpartikelhaltigen Druckfarbe stattfindet und eine stochastische Strukturierung der metallpartikelhaltigen Beschichtung erzeugt wird. Ohne auf eine bestimmte Theorie festgelegt zu sein, wird vermutet, dass während dieses Zeitraums die Schicht des metallpartikelhaltigen Lacks oder der metallpartikelhaltigen Druckfarbe ungleichmäßig aufreißt, wobei eine stochastische Verteilung des metallpartikelhaltigen Lacks oder der metallpartikelhaltigen Druckfarbe und dadurch eine Strukturierung ausgebildet wird.
Die Ausbildung der Strukturelemente benötigt eine gewisse Zeitspanne. Daher erfolgt das Trocknen des metallpartikelhaltigen Lacks und/oder der metallpartikelhaltigen Druckfarbe vorzugsweise nach Ablauf eines Zeitraums von wenigstens ≥ 0,5 s nach dem Auftragen der Schicht. Der Zeitraum der Strukturierung ist abhängig von der aufgetragenen mittleren Beschichtungsmasse des metallpartikelhaltigen Lacks oder der metallpartikelhaltigen Druckfarbe und der Oberflächenspannung der ersten Schicht.
Es konnte festgestellt werden, dass sich die gebildeten Strukturelemente nach deren Ausbildung nicht weiter verändern. Somit besteht die Möglichkeit, bis zum Trocknen des metallpartikelhaltigen Lacks oder der metallpartikelhaltigen Druckfarbe einige Sekunden oder Minuten verstreichen zu lassen. Mit Blick auf die Produktivität des Herstellungsverfahrens sind jedoch kurze Zeiträume bis maximal 5 s wünschenswert.
In bevorzugten Ausführungsformen führt man das Trocknen des metallpartikelhaltigen Lacks oder der metallpartikelhaltigen Druckfarbe nach Ablauf von wenigstens ≥ 0,5 s, vorzugsweise nach Ablauf eines Zeitraums im Bereich von ≥ 0,5 s bis ≤ 5 s, bevorzugt im Bereich von ≥ 1 s bis ≤ 4 s, besonders bevorzugt im Bereich von ≥ 2 s bis ≤ 4 s, nach dem Aufbringen des metallpartikelhaltigen Lacks und/oder der metallpartikelhaltigen Druckfarbe durch.
Je nach Material und Oberflächenspannung des Materials der ersten Schicht und der aufgebrachten Beschichtungsmasse kann der Zeitraum bis zum Trocknen des metallpartikelhaltigen Lacks und/oder der metallpartikelhaltigen Druckfarbe vorzugsweise im Bereich von ≥ 2 s bis ≤ 3 s oder im Bereich von ≥ 3 s bis ≤ 4 s, bevorzugt im Bereich von ≥ 1 s bis ≤ 2 s liegen.
Es ist von Vorteil, dass durch ein Trocknen nach Ablauf von wenigstens ≥ 0,5 s bis vorzugsweise ≤ 2 s oder ≤ 3 s, insbesondere im Bereich von ≥ 1 s bis ≤ 2 s, eine industrielle oder großtechnische Herstellung auf üblichen Druckmaschinen ermöglicht wird. Dies kann insbesondere auch dem Kosten- und Leistungsanspruch einer industriellen Fertigung genügen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich insgesamt dadurch aus, dass durch das Zusammenspiel des Zeitraums bis zum Trocknen des metallpartikelhaltigen Lacks und/oder der metallpartikelhaltigen Druckfarbe und der mittleren Beschichtungsmasse auf einer vorgegebenen Oberflächenspannung einer ersten Schicht die Ausbildung der Strukturelemente gezielt beeinflussbar ist.
Das Trocknen eines bevorzugt verwendbaren UV-härtbaren metallpartikelhaltigen Lacks erfolgt bevorzugt durch Ultraviolett-Trocknung (UV-Trocknung) oder UV-Härtung. Das Trocknen eines metallpartikelhaltigen Lacks oder einer metallpartikelhaltigen Druckfarbe erfolgt weiter vorzugsweise mittels Umluft, Heißluft, Infrarot-Strahlung und/oder Elektronenstrahlung.
Es versteht sich für den Fachmann, dass mit dem Aufbringen eines metallpartikelhaltigen Lacks und/oder einer metallpartikelhaltigen Druckfarbe nicht nur eine durchgehende Beschichtung zu verstehen ist, sondern selbstverständlich ebenfalls spezifische Bereiche der Oberfläche des Substrats oder der ersten Schicht beschichtet werden können. Beispielsweise können ein metallpartikelhaltiger Lack und/oder ein metallpartikelhaltige Druckfarbe neben großflächigen Beschichtungen auch in Form von Zeichnungselementen, grafischen Motiven, Liniendarstellungen, groben Raster, Beschriftungen, Schriften und Konturschriften aufgebracht werden.
So besteht ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens darin, dass im Unterschied zu herkömmlichen Prägungen, ein Lack oder eine Farbe selektiv in den ausgewählten Zielbereichen appliziert werden kann.
Von Vorteil ist ferner, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren eine zufällige, stochastische Strukturierung auch über große Oberflächen erzeugbar ist. Diese weist keine Wiederholungen auf, wie sie beim Stanzen und bei Prägeverfahren durch die Verwendung von Walzen unweigerlich auftreten.
Von besonderem Vorteil ist ferner, dass eine Herstellung über Druckmaschinen ermöglicht wird. Insbesondere ist das erfindungsgemäße Verfahren in Inline-Verfahren sowohl im Siebdruck- als auch im Flexodruck-Verfahren in Gesamtsystemen mit hohem Leistungsanspruch durchführbar. Dies kann eine industrielle Herstellung hochwertiger stochastisch strukturierter Oberflächen mit deutlich fühlbarer Haptik und Visualität wie auch metallischem Glanz zur Verfügung stellen. Insbesondere kann ein Druckverfahren unter Verwendung von metallpartikelhaltigen Lacken und Druckfarben eine hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit und einen effizienten Druckprozess ermöglichen. Hierdurch sind nicht nur großflächig strukturierte Oberflächen herstellbar, sondern die Herstellung kann ebenfalls deutlich kostengünstiger erfolgen. Insbesondere ist ein Lackieren wesentlich kostengünstiger als eine Cellophanierung.
Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Substrat oder eine erste Beschichtung des Substrats eine Oberflächenspannung im Bereich von ≥ 18 mN/m bis ≤ 33 mN/m aufweist.
Insbesondere in der Druckindustrie übliche Substrate wie Papier weisen keine Oberflächenspannung im Bereich von ≥ 18 mN/m bis ≤ 33 mN/m auf und werden daher erfindungsgemäß mit wenigstens einer ersten Schicht mit einer Oberflächenspannung im Bereich von ≥ 18 mN/m bis ≤ 33 mN/m beschichtet.
Dies kann durch unterschiedliche Beschichtungen erzielt werden, beispielsweise mit Paraffin, geeigneten Kunststoffen oder schnell trocknenden Lacken. Geeignete Kunststoffe mit geringer Oberflächenspannung sind beispielsweise ausgewählt aus der Gruppe umfassend Polyethylen (PE) hoher und niedriger Dichte, Polypropylen (PP), Polytetrafluorethylen (PTFE), Ethylen-Tetrafluorethylen (ETFE) und/oder Perfluoralkoxylalkan (PFA), ein Copolymer aus PTFE und Poly-(perfluorvinylmethylether). Entsprechende Beschichtungen sind beispielsweise als Laminat auf Papier- oder Kartonsubstraten erhältlich und insbesondere für die Druckindustrie verwendbar.
Vorzugsweise beschichtet man das Substrat mit einer ersten Lackschicht, insbesondere einer schnell trocknenden Lackschicht. In bevorzugten Ausführungsformen des Verfahrens beschichtet man das Substrat mit wenigstens einer ersten Lackschicht ausgebildet aus einem Ultraviolett-Lack (UV-Lack) insbesondere einem UV-härtbaren Lack auf Acrylbasis, die im getrockneten Zustand eine Oberflächenspannung im Bereich von ≥ 18 mN/m bis ≤ 33 mN/m aufweist.
Unter dem Begriff ”Lack” wird im Sinne der vorliegenden Erfindung ein flüssiger oder auch pulverförmiger Beschichtungsstoff verstanden, der dünn auf Gegenstände aufgetragen und zu einem durchgehenden, festen Film aufgebaut wird. Bevorzugt ist ein flüssiger Lack.
Bevorzugt verwendbar sind schnell trocknende Lacke. Eine schnelle Trocknung ist insbesondere eine auf Polymerisation basierende Trocknung. Geeignete schnell trocknende Lacke sind beispielsweise ausgewählt aus der Gruppe umfassend Nitrocelluloselacke und/oder Lacke auf Acrylbasis. Bevorzugt sind Lacke, die unter Strahlungsbehandlung in sehr kurzer Zeit und vollständig trocknen, insbesondere so genannte Ultraviolett-Lacke (UV-Lack).
Unter dem Begriff ”UV-Lack” oder Ultraviolett-Lack wird im Sinne der vorliegenden Erfindung entsprechend ein UV-härtbarer Lack verstanden, der unter Einfluss einer Strahlungsquelle mit ultravioletter Strahlung (UV-Strahlung) gleicher oder unterschiedlicher Wellenlänge reagiert, wobei die enthaltenen Monomere und/oder Oligomere eines entsprechenden Polymers mit Hilfe von Photoinitiatoren polymerisieren.
Es ist insbesondere von Vorteil, dass UV-Lacke einen guten Glanz und/oder eine ausreichenden Glätte der Oberfläche zur Verfügung stellen können. Glanz und Glätte können zu einer weiteren Verbesserung des optischen Eindrucks des beschichteten Substrats führen.
UV-Lacke sind kommerziell erhältlich. Bevorzugt verwendbare UV-Lacke sind Lacke auf Acrylbasis. UV-härtbare Acryllacke enthalten üblicher Weise Acrylate in monomerer und oligomerer Form, Fotoinitiatoren, Additive und/oder Pigmente und ggf. Reaktivverdünner. Geeignet UV-härtbare Acryllacke weisen bevorzugt einen Feststoffgehalt im Bereich von 99% bis 100% auf. Geeignete UV-härtbare Acryllacke sind beispielsweise UV-Hochglanzlacke erhältlich bei der Schmid Rhyner AG.
So entspricht das Trocknen der ersten Schicht vorzugsweise einer Ultraviolett-Trocknung (UV-Trocknung) oder UV-Härtung insbesondere eines UV-Lacks. Bei einer Ultraviolett-Trocknung (UV-Trocknung) polymerisiert der UV-Lackfilm in kurzer Zeit bis zur vollständigen Trocknung aus. Ein solcher vollständig getrockneter Lack wird auch als durchgehärtet bezeichnet. Daher wird eine UV-Trocknung häufig auch als UV-Härtung bezeichnet.
Man bringt wenigstens eine Schicht mit einer Oberflächenspannung im Bereich von ≥ 18 mN/m bis ≤ 33 mN/m auf. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, mehrere Schichten aufzubringen. Von Vorteil ist insbesondere, dass die Oberflächenspannung einer getrockneten Lackschicht nicht von deren Dicke abhängig ist.
Es wurde festgestellt, dass die Oberflächenspannung der ersten Schicht einer der entscheidenden Parameter für die Herstellung der strukturierten Beschichtung ist. Zur Erreichung dieses Effektes ist im Allgemeinen eine Oberflächenspannung im Bereich von ≥ 18 mN/m bis ≤ 33 mN/m geeignet.
In bevorzugten Ausführungsformen des Verfahrens liegt die Oberflächenspannung des Substrats oder der ersten Schicht im Bereich von ≥ 20 mN/m bis ≤ 30 mN/m, vorzugsweise im Bereich von 22 mN/m bis ≤ 29 mN/m, bevorzugt im Bereich von 24 mN/m bis ≤ 28 mN/m. Besonders gute Ergebnisse wurden mit einer Oberflächenspannung im Bereich von 25 mN/m bis ≤ 27 mN/m, insbesondere im Bereich von 26 mN/m bis ≤ 27 mN/m erzielt. Daher liegt die Oberflächenspannung besonders bevorzugt im Bereich von 25 mN/m bis ≤ 27 mN/m, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 26 mN/m bis ≤ 27 mN/m. Besonders bevorzugt beschichtet man ein Substrat mit wenigstens einer ersten Lackschicht ausgebildet aus einem UV-hartbaren Lack auf Acrylbasis, der im getrockneten Zustand eine Oberflächenspannung im Bereich von 25 mN/m bis ≤ 27 mN/m, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 26 mN/m bis ≤ 27 mN/m aufweist.
Eine Möglichkeit der Bestimmung der Oberflächenspannung besteht darin, den Rand- oder Kontaktwinkel θ am Kontakt einer Flüssigkeit mit der festen Schicht zu messen. Der Rand- oder Kontaktwinkel θ wird durch die Oberflächenspannung des Festkörpers und der Flüssigkeit sowie durch die Grenzflächenspannung zwischen Festkörper und Flüssigkeit bestimmt. Die Oberflächenspannung ist vorzugsweise mittels der Methode nach Owens, Wendt, Rabel und Kaelble (OWRK-Methode) ermittelbar. Nach Owens, Wendt, Rabel und Kaelble lässt sich die Oberflächenspannung jeder Phase in einen polaren und einen dispersen Anteil aufspalten, und indem der Kontaktwinkel mehrerer Flüssigkeiten, deren polare und disperse Oberflächenspannung bekannt ist, gemessen wird, kann die Oberflächenspannung eines Festkörpers berechnet werden.
In bevorzugten Ausführungsformen des Verfahrens weist das Substrat oder die erste Schicht einen Mittenrauhwert im Bereich von ≥ 0,05 μm bis ≤ 3 μm, vorzugsweise im Bereich von ≥ 0,05 μm bis ≤ 1,5 μm, bevorzugt im Bereich von ≥ 0,05 μm bis ≤ 0,7 μm auf. Besonders bevorzugt weist die erste Schicht einen Mittenrauhwert im Bereich von ≥ 0,1 μm bis ≤ 0,5 μm, vorzugsweise im Bereich von ≥ 0,1 μm bis ≤ 0,2 μm auf. Eine entsprechende Rauheit kann beispielsweise bei einer Lackierung mit UV-härtbaren Acryllacken erreicht werden.
Die Rauheit bezeichnet die Unebenheit der Oberflächenhöhe. Der Mittenrauhwert Ra ist der arithmetische Mittelwert der Beträge aller Profilwerte des Rauheitsprofils. Bestimmbar ist der Mittenrauwert Ra nach DIN ISO 4768 beispielsweise durch Topographie-Messverfahren mit mechanischer Erfassung.
Auf das Substrat oder die erste Schicht wird ein metallpartikelhaltiger Lack und/oder eine metallpartikelhaltigen Druckfarbe mit einer mittleren Beschichtungsmasse im Bereich von ≥ 2 g/m² bis ≤ 20 g/m² aufgebracht.
Verwendbar sind metallpartikelhaltige Lacke und metallpartikelhaltige Druckfarben. Vorteilhaft verwendbar sind insbesondere metallpartikelhaltige Lacke, da Lacke auch Glanzeigenschaften aufweisen. Hierdurch kann der optische Eindruck der strukturierten Schicht weiter verbessert werden. Insbesondere können die strukturierten Oberflächen einen metallisch anmutenden Glanz aufweisen.
In bevorzugten Ausführungsformen ist der metallpartikelhaltige Lack ein Metalleffektlack. Als ”Metalleffektlack”, auch Metalliclack, Metallic-Effektlack oder metallisé, bezeichnet man Lacke, die einen metallisch glänzenden Effekt aufweisen. Ein besonderer Vorteil von Metalleffektlacken liegt darin, dass diese Glanzeigenschaften aufweisen und den besonderen optischen Effekt einer metallischen Oberfläche vermitteln, wie sie sonst durch eine Metallisierung erreicht werden. Ein besonders geeigneter Metallic-Effektlack ist beispielsweise unter der Handelsbezeichnung Mirafoil^® erhältlich bei der Firma Henkel.
Besonders bevorzugt sind UV-härtbare Metalleffektlacke. Ein Vorteil UV-härtbarer Metalleffektlacke liegt insbesondere darin, dass diese durch UV-Härtung schnell und vollständig durchtrocknen. Beispielsweise kann das Trocknen mittels radikalischer Polymerisation von UV-Lacken innerhalb einer Hundertstel Sekunde ablaufen, Dispersionslacke trocknen innerhalb einer Sekunde. Im Hinblick auf die Erfindung ist ein weiterer Vorteil, dass nach dem Aufbringen des Metalleffektlackes auf das Substrat die stochastisch strukturierte Oberfläche durch eine schnelle und vollständige Trocknung erhalten bleibt. Ein Vorteil eines UV-härtbaren Metalleffektlacks liegt weiterhin darin, dass die Zeit zwischen Druck und Trocknung genau vorhergesagt werden kann. Weiterhin kann die Zeit beeinflusst und ggf. auch im Verfahren nachgeregelt werden, um beispielsweise die Ausprägung des gewünschten Effekts zu beeinflussen
Ein besonderer Vorteil der Verwendung von metallpartikelhaltigen Lacken und Druckfarben liegt darin, dass eine strukturierte, haptisch anmutende metallische Oberflächenstruktur in einem einzigen Verfahrensschritt herstellbar ist. Dies ermöglicht eine zeit- und kostengünstigere Herstellung. Darüber hinaus ist eine derartige Herstellung umweltfreundlicher, da keine Prägeabfälle einer zuvor aufgebrachten Metallfolie anfallen. Nicht verwendeter metallpartikelhaltiger Lack oder Druckfarbe kann demgegenüber aus einem Druckwerk herausgepumpt und zu einem späteren Zeitpunkt wiederverwertet werden.
Darüber hinaus wird hierdurch eine deutlich einfachere Handhabung ermöglicht, da entsprechende Druckverfahren auf üblichen Druckmaschinen durchführbar sind. Insbesondere ist das erfindungsgemäße Verfahren in Inline-Verfahren sowohl im Siebdruck- als auch im Flexodruck-Verfahren in Gesamtsystemen mit hohem Leistungsanspruch verwendbar.
Ein Beschichten oder Aufbringen von Farbe oder Lack erfolgt bevorzugt durch Streichen, Rakeln, Rollen, Walzen, Spritzen oder Tauchen, oder durch kontinuierliches oder diskontinuierliches Drucken, vorzugsweise durch Druckverfahren ausgewählt aus der Gruppe umfassend Flexodruck, Offset-Druck, Siebdruck, Rouleauxdruck, Digitaldruck vorzugsweise Inkjet-Verfahren und/oder Transferdruck.
Auch ein Auftrag von Farbe oder Lack wird allgemein als Beschichtung bezeichnet. Daher sind in Verbindung mit Druckverfahren die Begriffe ”beschichten” und ”drucken” sowie ”Beschichtung” und ”Druck”, wenn nicht abweichend angegeben, synonym zu verstehen.
Bevorzugt ist das Aufbringen der Schichten durch Druckverfahren ausgewählt aus der Gruppe umfassend Siebdruck, Offset-Druck und/oder Flexodruck. Der Offsetdruck ist insbesondere im Akzidenz- und Verpackungsdruck weit verbreitet. Insbesondere bevorzugt ist eine Gestaltung von Druckvorlagen sowie ein Druck im Niedrigleistungsbereich des offline-Siebdruckverfahrens. Dies ermöglicht einen Druck hoher Schichtdicken.
Vorzugsweise bringt man den metallpartikelhaltigen Lack und/oder eine metallpartikelhaltige Druckfarbe in Form einer Schicht auf das Substrat oder die erste Schicht auf.
Besonders vorteilhaft ist, dass durch die mittlere Beschichtungsmasse des metallpartikelhaltigen Lacks und/oder der metallpartikelhaltigen Druckfarbe die Strukturierung der Schicht gezielt beeinflussbar ist. Der metallpartikelhaltige Lack oder die metallpartikelhaltige Druckfarbe strukturieren sich auf dem Substrat oder der ersten Schicht geringer Oberflächenspannung unter Ausbildung stochastischer, unregelmäßig verteilter Strukturelemente.
So konnte festgestellt werden, dass durch eine Erhöhung der mittleren Beschichtungsmasse des metallpartikelhaltigen Lacks und/oder der metallpartikelhaltigen Druckfarbe die Größe der sich bildenden stochastischen (unregelmäßigen) Strukturelemente zunahm. So wurde mit sinkender mittlerer Beschichtungsmasse bzw. Schichtdicke eine Verfeinerung der Strukturen beobachtet.
In bevorzugten Ausführungsformen liegt die mittlere Beschichtungsmasse des metallpartikelhaltigen Lacks und/oder der metallpartikelhaltigen Druckfarbe im Bereich von ≥ 2,5 g/m² bis ≤ 12 g/m².
Es ist üblich, Auftragsmengen in Form der flächenbezogenen Masse anzugeben, wobei unter Annahme einer physikalischen Dichte von ρ = 1 g/cm³ die mittlere Beschichtungsmasse in g/m² einer entsprechenden mittleren Schichtdicke in μm entspricht.
Bei einer mittleren Beschichtungsmasse im Bereich von ≥ 2,5 g/m² bis ≤ 12 g/m² konnte eine gute Übertragung des metallpartikelhaltigen Lacks und/oder der metallpartikelhaltigen Druckfarbe auf das Substrat oder die erste Schicht und eine Ausbildung stochastischer unregelmäßig verteilter Strukturelemente in einer Größe festgestellt werden, die eine vorteilhafte Haptik und visuelle Effekte zur Verfügung stellen konnten. Insbesondere kann in diesem Bereich weiterhin eine gute Reproduzierbarkeit des Effektes zur Verfügung gestellt werden.
Vorzugsweise liegt die mittlere Beschichtungsmasse des metallpartikelhaltigen Lacks und/oder der metallpartikelhaltigen Druckfarbe im Bereich von ≥ 3 g/m² bis ≤ 8 g/m², bevorzugt im Bereich von ≥ 4 g/m² bis ≤ 7 g/m². Entsprechend kleinere Beschichtungsmassen führen in vorteilhafter Weise zu kleineren Strukturelementen in größerer Zahl. Dieses führt dazu, dass der haptische und visuelle Effekt der Schicht gleichmäßiger wirkt. Besonders bevorzugt liegt die mittlere Schichtdicke des metallpartikelhaltigen Lacks und/oder der metallpartikelhaltigen Druckfarbe im Bereich von ≥ 2 g/m² bis ≤ 5 g/m². Bei einer mittleren Beschichtungsmasse in diesem Bereich wurde festgestellt, dass die Anzahl der Strukturelemente weiter zunahm und eine Größe aufwies, die eine Ausbildung der stochastisch unregelmäßig verteilten Strukturelemente in insgesamt gleichmäßiger Verteilung und daher haptisch und visuell besonders ansprechender Weise zur Verfügung stellen kann.
Die mittlere Beschichtungsmasse des metallpartikelhaltigen Lacks und/oder der metallpartikelhaltigen Druckfarbe kann beispielsweise bei größeren Flächen im Bereich von ≥ 4 g/m² bis ≤ 12 g/m² liegen, während bei kleineren Flächen wie dem Aufdrucken von Schriftzügen eine mittlere Beschichtungsmasse im Bereich von ≥ 2 g/m² bis ≤ 4 g/m², vorzugsweise im Bereich von ≥ 2,5 g/m² bis ≤ 4 g/m², vorteilhafter ist.
Bei den Metallpartikeln kann es sich insbesondere um Aluminiumpartikel handeln. Auch andere Metalle wie Zink werden gelegentlich in metallpartikelhaltigen Lacken und Druckfarben verwendet. Weiterhin bevorzugt sind Silberpartikel, Messingpartikel und/oder Kupferpartikel. Die Metallpartikel können vorzugsweise die Form feiner Blättchen aufweisen. Die Metallpartikel können ferner einen Durchmesser von wenigen Millimetern (Flitter) bis zu wenigen Mikrometern haben, wobei die Teilchengröße den Glanz der fertigen Oberfläche mitbestimmen kann.
In vorteilhafter Weise können die Metallpartikel neben der fühlbaren Haptik einen metallischen Glanz der strukturierten Beschichtung erzeugen.
In weiteren Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass man nachfolgend Schritt c) auf den metallpartikelhaltigen Lack oder die metallpartikelhaltige Druckfarbe eine Motiv- und/oder eine Farbschicht aufbringt. Vorzugsweise wird diese durch Flexodruck und/oder Offset-Druck aufgebracht.
Von Vorteil ist hierbei, dass Kombinationen von metallisierten Oberflächen mit anschließender Überdruckung neue Effekte und Kombinationen ermöglichen.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sind strukturierte Beschichtungen auf zahlreichen Substraten herstellbar. Das Substrat kann ein flächiges Substrat sein, wie auch eine räumliche Form aufweisen.
In bevorzugten Ausführungsformen ist das Substrat ein bedruckbares Substrat, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe umfassend Kunststofffolien, wobei der Kunststoff vorzugsweise ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend Polyolefine wie Polyethylen (PE) hoher und niedriger Dichte, Polyethylenterephthalat (PET), Polypropylen (PP), Polyamid, Polyvinylchlorid (PVC), Polystyrol (PS), Polyester und/oder Polycarbonat (PC), Metallfolien, Holzfolie, Papier, Pappe und/oder Karton.
Das Substrat kann ebenfalls durch eine Koronabehandlung eine Oberflächenspannung im Bereich von ≥ 18 mN/m bis ≤ 33 mN/m erhalten, so dass ein metallpartikelhaltiger Lack oder eine metallpartikelhaltige Druckfarbe direkt auf das Substrat aufgetragen werden kann.
Weiterhin kann auch auf geeignete Kunststoffe ein metallpartikelhaltiger Lack oder eine metallpartikelhaltige Druckfarbe direkt aufgetragen werden.
Bevorzugte Substrate sind ausgewählt aus der Gruppe umfassend Papier, Karton, Metall, Holz oder Kunststoff. Bevorzugte Substrate sind flächige bedruckbare Substrate ausgewählt aus der Gruppe umfassend Bedruckstoff, Papier, Papierbahn, Papierbogen, Pappe, Wellpappe Folie, Film, Verpackungsmaterialverbunde, insbesondere mit Papier, Pappe.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein beschichtetes Substrat, insbesondere ein Druckerzeugnis hergestellt nach einem erfindungsgemäßen Verfahren.
Das beschichtete Substrat hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren umfasst vorzugsweise die folgenden Schichten:

– ein Substrat mit einer Oberflächenspannung im Bereich von ≥ 18 mN/m bis ≤ 33 mN/m oder einer ersten Schicht, die eine Oberflächenspannung im Bereich von ≥ 18 mN/m bis ≤ 33 mN/m aufweist;
– eine Beschichtung mit einem metallpartikelhaltigen Lack und/oder einer metallpartikelhaltigen Druckfarbe, die eine stochastische Verteilung des metallpartikelhaltigen Lacks und/oder der metallpartikelhaltigen Druckfarbe aufweist;
– optional eine Motiv- und/oder Farbschicht.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein beschichtetes Substrat, insbesondere Druckerzeugnis, umfassend:

– ein Substrat mit einer Oberflächenspannung im Bereich von ≥ 18 mN/m bis ≤ 33 mN/m, oder einer ersten Schicht, die eine Oberflächenspannung im Bereich von ≥ 18 mN/m bis ≤ 33 mN/m aufweist;
– eine Beschichtung mit einem metallpartikelhaltigen Lack und/oder einer metallpartikelhaltigen Druckfarbe, die eine stochastische Verteilung des metallpartikelhaltigen Lacks und/oder der metallpartikelhaltigen Druckfarbe aufweist;
– optional eine Motiv- und/oder Farbschicht.

Zur Beschreibung des Substrats und der Schichten wird auf die vorstehende Beschreibung Bezug genommen.
Das beschichtete Substrat, insbesondere hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, weist in vorteilhafter Weise eine strukturierte Beschichtung insbesondere eine stochastische Verteilung des metallpartikelhaltigen Lacks und/oder der metallpartikelhaltigen Druckfarbe auf.
Ohne auf eine bestimmte Theorie festgelegt zu sein, wird vermutet, dass eine stochastische Strukturierung der metallpartikelhaltigen Beschichtung erzeugt wird, indem während des Zeitraums vor dem Trocknen die Schicht des metallpartikelhaltigen Lacks oder der metallpartikelhaltigen Druckfarbe ungleichmäßig aufreißt, wobei eine stochastische Verteilung des metallpartikelhaltigen Lacks oder der metallpartikelhaltigen Druckfarbe und dadurch eine Strukturierung ausgebildet wird.
Unter dem Begriff einer ”strukturierten” Verteilung wird im Sinne der vorliegenden Erfindung verstanden, dass die Verteilung eine gewollte und erfassbare Unregelmäßigkeit aufweist, die bevorzugt einen haptischen und/oder visuellen Effekt erzeugt.
In vorteilhafter Weise kann das beschichtete Substrat, vorzugsweise Druckerzeugnis, eine metallisch anmutende Oberflächengestaltung mit visuell und haptisch wahrnehmbaren gestalterischen Effekten aufweisen. So kann die stochastische Verteilung des metallpartikelhaltigen Lacks oder der metallpartikelhaltigen Druckfarbe eine strukturierte Oberfläche erzeugen und hierdurch interessante visuelle Effekte zur Verfügung stellen. Diese Effekte können zur Erzielung einer hochwertigen, haptisch wahrnehmbaren Oberflächenbeschichtung beispielsweise zur Veredelung hochwertiger Printerzeugnisse für Verpackung und Akzidenz dienen.
Von Vorteil ist ferner, dass eine zufällige, stochastische Strukturierung auch über große Oberflächen zur Verfügung gestellt wird. Diese weist keine Wiederholungen auf wie sie beim Stanzen und bei Prägeverfahren durch die Verwendung von Walzen unweigerlich auftreten.
Es versteht sich für den Fachmann, dass unter einer Beschichtung mit einem metallpartikelhaltigen Lack und/oder einer metallpartikelhaltigen Druckfarbe nicht nur eine durchgehende Beschichtung zu verstehen ist, sondern selbstverständlich ebenfalls spezifische beschichtete Bereiche, beispielsweise in Form von Zeichnungselementen, grafischen Motiven, Liniendarstellungen, groben Rastern, Beschriftungen, Schriften und Konturschriften. Unter einem beschichteten Substrat ist entsprechend auch ein teilbeschichtetes Substrat zu verstehen.
Verwendbar sind metallpartikelhaltige Lacke und metallpartikelhaltige Druckfarben. Vorteilhafter Weise ist die Beschichtung ausgebildet aus einem metallpartikelhaltigen Lack, da Lacke auch Glanzeigenschaften aufweisen. Hierdurch kann der optische Eindruck der strukturierten Beschichtung weiter verbessert werden. Insbesondere können die strukturierten Oberflächen einen metallisch anmutenden Glanz aufweisen.
In bevorzugten Ausführungsformen ist der metallpartikelhaltige Lack ein Metalleffektlack. Als ”Metalleffektlack”, auch Metalliclack, Metallic-Effektlack oder metallisé, bezeichnet man Lacke, die einen metallisch glänzenden Effekt aufweisen. Ein besonderer Vorteil von Metalleffektlacken liegt darin, dass diese Glanzeigenschaften aufweisen und den besonderen optischen Effekt einer metallischen Oberfläche vermitteln, wie sie sonst durch eine Metallisierung erreicht werden. Besonders bevorzugt sind UV-härtbare Metalleffektlacke.
Bei den Metallpartikeln kann es sich insbesondere um Aluminiumpartikel handeln. Auch andere Metalle wie Zink werden gelegentlich in metallpartikelhaltigen Lacken und Druckfarben verwendet. Weiter bevorzugt sind Silberpartikel, Messingpartikel und/oder Kupferpartikel. Die Metallpartikel können vorzugsweise die Form feiner Blättchen aufweisen. Die Metallpartikel können ferner einen Durchmesser von wenigen Millimeter (Flitter) bis zu wenigen Mikrometern haben, wobei die Teilchengröße den Glanz der fertigen Oberfläche mitbestimmen kann. In vorteilhafter Weise können die Metallpartikel neben der fühlbaren Haptik einen metallischen Glanz der strukturierten Beschichtung erzeugen.
Die Schicht des metallpartikelhaltigen Lacks und/oder der metallpartikelhaltigen Druckfarbe weist vorzugsweise eine mittlere Beschichtungsmasse im Bereich von ≥ 2 g/m² bis ≤ 20 g/m² auf.
In bevorzugten Ausführungsformen liegt die mittlere Beschichtungsmasse des metallpartikelhaltigen Lacks und/oder der metallpartikelhaltigen Druckfarbe im Bereich von ≥ 2,5 g/m² bis ≤ 12 g/m². Bei einer mittleren Beschichtungsmasse im Bereich von ≥ 2,5 g/m² bis ≤ 12 g/m² kann eine gute Haptik und visuelle Effekte zur Verfügung gestellt werden. Vorzugsweise liegt die mittlere Beschichtungsmasse des metallpartikelhaltigen Lacks und/oder der metallpartikelhaltigen Druckfarbe im Bereich von ≥ 3 g/m² bis ≤ 8 g/m², bevorzugt im Bereich von ≥ 4 g/m² bis ≤ 7 g/m². Entsprechende Beschichtungsmassen führen in vorteilhafter Weise dazu, dass kleinere Strukturelemente in größerer Zahl einen gleichmäßiger wirkenden haptischen und visuellen Effekt zur Verfügung stellen können. Besonders bevorzugt liegt die mittlere Beschichtungsmasse des metallpartikelhaltigen Lacks und/oder der metallpartikelhaltigen Druckfarbe im Bereich von ≥ 2 g/m² bis ≤ 5 g/m². Hierdurch kann eine Ausbildung stochastisch unregelmäßig verteilter Strukturelemente in insgesamt gleichmäßiger Verteilung und haptisch und visuell ansprechender Weise zur Verfügung gestellt werden. Beispielsweise konnte festgestellt werden, dass bei einer mittleren Beschichtungsmasse bzw. Schichtdicke von 3 g/m² bis 3,5 g/m² Mirafoil^® 27 bis 34 stochastische Strukturen pro cm², im Mittel 31 Strukturen, gezählt wurden.
Die mittlere Beschichtungsmasse des metallpartikelhaltigen Lacks und/oder der metallpartikelhaltigen Druckfarbe kann beispielsweise bei größeren Flächen im Bereich von ≥ 4 g/m² bis ≤ 12 g/m² liegen, während bei kleineren Flächen wie dem Aufdrucken von Schriftzügen eine mittlere Beschichtungsmasse im Bereich von ≥ 2 g/m² bis ≤ 4 g/m², vorzugsweise im Bereich von ≥ 2,5 g/m² bis ≤ 4 g/m², vorteilhafter ist.
In weiteren Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass auf dem metallpartikelhaltigen Lack oder der metallpartikelhaltigen Druckfarbe eine Motiv- und/oder eine Farbschicht vorgesehen sein kann. Eine Kombination von metallisierten Oberflächen mit anschließender Überdruckung kann neue vorteilhafte gestalterische Effekte und Kombinationen ermöglichen.
Die erste Schicht, die eine Oberflächenspannung im Bereich von ≥ 18 mN/m bis ≤ 33 mN/m aufweist, kann beispielsweise aus Paraffin, geeigneten Kunststoffen oder schnell trocknenden Lacken ausgebildet sein. Geeignete Kunststoffe geringer Oberflächenspannung sind beispielsweise ausgewählt aus der Gruppe umfassend Polyethylen (PE) hoher und niedriger Dichte, Polypropylen (PP), Polytetrafluorethylen (PTFE), Ethylen-Tetrafluorethylen (ETFE) und/oder Perfluoralkoxylalkan (PFA), ein Copolymer aus PTFE und Poly(perfluorvinylmethylether). Vorzugsweise ist die Schicht aus einer Lackschicht, insbesondere aus einem Ultraviolett-Lack (UV-Lack) ausgebildet, insbesondere aus einem UV-härtbaren Lack auf Acrylbasis.
Geeignete Lacke sind beispielsweise ausgewählt aus der Gruppe umfassend Nitrocelluloselacke und/oder Lacke auf Acrylbasis. Bevorzugt sind so genannte Ultraviolett-Lacke (UV-Lack). UV-Lacke können einen guten Glanz und/oder eine ausreichenden Glätte der Oberfläche zur Verfügung stellen, die zu einer Verbesserung des optischen Eindrucks des beschichteten Substrats führen können.
In bevorzugten Ausführungsformen liegt die Oberflächenspannung des Substrats oder der ersten Schicht im Bereich von ≥ 20 mN/m bis ≤ 30 mN/m, vorzugsweise im Bereich von 22 mN/m bis ≤ 29 mN/m, bevorzugt im Bereich von 24 mN/m bis ≤ 28 mN/m. Besonders gute Ergebnisse wurden mit einer Oberflächenspannung im Bereich von 25 mN/m bis ≤ 27 mN/m, insbesondere im Bereich von 26 mN/m bis ≤ 27 mN/m erzielt. Daher liegt die Oberflächenspannung des Substrats oder der ersten Schicht besonders bevorzugt im Bereich von 25 mN/m bis ≤ 27 mN/m, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 26 mN/m bis ≤ 27 mN/m. Besonders bevorzugt ist die erste Schicht eine ersten Lackschicht ausgebildet aus einem UV-härtbaren Lack auf Acrylbasis, der im getrockneten Zustand eine Oberflächenspannung im Bereich von 25 mN/m bis ≤ 27 mN/m, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 26 mN/m bis ≤ 27 mN/m aufweist.
In bevorzugten Ausführungsformen des Verfahrens weist die erste Schicht einen Mittenrauhwert im Bereich von ≥ 0,05 μm bis ≤ 3 μm, vorzugsweise im Bereich von ≥ 0,05 μm bis ≤ 1,5 μm, bevorzugt im Bereich von ≥ 0,05 μm bis ≤ 0,7 μm auf. Besonders bevorzugt weist die erste Schicht einen Mittenrauhwert im Bereich von ≥ 0,1 μm bis ≤ 0,5 μm, vorzugsweise im Bereich von ≥ 0,1 μm bis ≤ 0,2 μm auf.
Das Substrat kann ein flächiges Substrat sein, wie auch eine räumliche Form aufweisen. In bevorzugten Ausführungsformen ist das Substrat ein bedruckbares Substrat, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe umfassend Kunststofffolien wobei der Kunststoffvorzugsweise ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend Polyolefine wie Polyethylen (PE) hoher und niedriger Dichte, Polyethylenterephthalat (PET), Polypropylen (PP), Polyamid, Polyvinylchlorid (PVC), Polystyrol (PS), Polyester und/oder Polycarbonat (PC), Metallfolien, Holzfolie, Papier, Pappe und/oder Karton.
Bevorzugte Substrate sind ausgewählt aus der Gruppe umfassend Papier, Karton, Metall, Holz oder Kunststoff. Bevorzugte Substrate sind flächige bedruckbare Substrate ausgewählt aus der Gruppe umfassend Bedruckstoff, Papier, Papierbahn, Papierbogen, Pappe, Wellpappe Folie, Film, Verpackungsmaterialverbunde, insbesondere mit Papier, Pappe.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft die Verwendung eines erfindungsgemäß beschichteten Substrats, insbesondere eines Druckerzeugnisses als Verpackungsmittel und/oder Akzidenzmittel.
Akzidenzmittel sind Druck- und Satzarbeiten mit geringem Umfang wie Anzeigen, Prospekte, Flyer, Geschäftsdrucksachen, Broschüren, Aufkleber, Folien, Briefbögen, Briefpapier, Plakate, Visitenkarten, Formulare, Prospekte, Gruß- und Glückwunschkarten, Präsentationsmappen und Visitenkarten. Alle diese ”Akzidentia” (Zufälligkeiten) erfordern erhöhte gestalterische Qualität.
Insbesondere für Druckerzeugnisse ergeben sich eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten.
So bekommen insbesondere Verpackungs- und Akzidenzmittel durch ein hochwertiges Design eine höhere Chance, in der Masse der Erzeugnisse hervorzustechen. Die erfindungsgemäß zur Verfügung gestellte metallisch anmutende Oberflächengestaltung mit stochastisch verteilten Strukturen kann durch haptische wie auch visuelle Effekte ein veredeltes Design zur Verfügung stellen.
Diese Effekte können durch eine gezielte Gestaltung von Verpackungs- und Akzidenzmitteln neben dem visuellen Eindruck ebenfalls einen haptischen Eindruck vermitteln, der durch Veredelung hochwertiger Printerzeugnisse für Verpackung und Akzidenz eine werbe- und verkaufsfördernde Wirkung erzielen kann.
Eine weitere vorteilhafte Verwendung eines beschichteten oder teilbeschichteten Substrats, insbesondere eines Druckerzeugnisses ergibt sich aus dessen Verwendung als fälschungssicheres Dokument, bei dem die Beschichtung oder Teilbeschichtung als Sicherheitsmerkmal verwendet wird.
Beispiele und Figuren, die der Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung dienen, sind nachstehend angegeben.
In den Figuren zeigt:
1 eine vergrößerte Abbildung der stochastischen Strukturen bei einer Auftragung von 4,41 g/m² des Metalliceffekt-Lacks Mirafoil^®.
Beispiel 1
Die Oberflächenspannung eines UV-härtbaren Acryllacks als erster Schicht wurde auf einem Papiersubstrat untersucht.
Hierzu wurden drei Probestreifen eines glänzend gestrichenen Bilderdruckpapiers (Zanders IkonoGloss) mit einer Grammater von 135 g/m² und einer Größe von 47 × 230 mm mit 8,29 g/m², 11,79 g/m² und 21,66 g/m² eines UV-härtbaren Acryllacks (Schmid Rhyner AG) bedruckt.
Das Drucken erfolgte mit einem Mehrzweck-Probedruckgerät (Firma Prüfbau), welches zur Erstellung von Norm-Druckproben nach DIN 16519 und ISO 2834 dient.
Zunächst wurde eine Menge von ca. 300 mm³ eines UV-härtbaren Acryllacks (Schmid Rhyner AG) mit einem Spatel auf die Verreiberwalze aufgetragen und eine gleichmäßige Verteilung des UV-härtbaren Acryllacks auf der Verreiberwalze, der Auftragwalze und der metallischen Druckform hergestellt. Anschließend wurden die Probestreifen abgedruckt. Auf diese Weise konnte eine kontinuierliche Abnahme der Lackschichtdicke von Probestreifen zu Probestreifen erreicht werden. Die Trocknung der Probestreifen erfolgte im Anschluss an den Druck, wobei die Probestreifen aus dem Mehrzweck-Probedruckgerät in einen Trockner verbracht wurden und der Zeitraum zwischen Druck und Trocknung ca. 20 Sekunden betrug. Hierzu wurde eine Trocknereinheit mit Hochdruck-Quecksilberdampfstrahler (UVH 2424-0, UV-Technik Meyer GmbH), einer Reflektoreinheit (UV-Technik Meyer GmbH) sowie ein Vorschaltgerät (ALP 51, UV-Technik Meyer GmbH) und Steuergerät (UV-Technik Meyer GmbH) verwendet. Die Trocknung erfolgte für ein bis zwei Sekunden bei einer Leistung von ca. 380 W im UV-C-Bereich einer Wellenlänge von 200 nm bis 280 nm, von ca. 200 W im UV-B-Bereich einer Wellenlänge von 280 nm bis 315 nm, und von ca. 180 W im UV-A-Bereich einer Wellenlänge von 315 nm bis 400 nm.
Die Messung der mittleren Beschichtungsmasse bzw. mittleren Schichtdicke des UV-Lacks erfolgte durch gravimetrische Differenzmessung. Hierzu wurden die Druckformen vor dem Bedrucken mit einer Feinwaage (AE 200, Fa. Mettler, Genauigkeit 0,1 mg) vor und nach dem Bedrucken mit dem UV-Lack gewogen. Die aufgetragene Menge des UV-Lacks in Gramm pro m² lässt sich aus der Differenz des Gewichts der Druckform vor und nach dem Bedrucken und der bedruckten Fläche ermitteln.
Die Bestimmung der Oberflächenspannung der getrockneten Lackoberfläche wurde mit einem Kontaktwinkelmessgerät (OCA30, DataPhysics Instruments GmbH, Filderstadt) nach der Owens-Wendt-Rabel-Kaelble-Methode (OWRK) bestimmt.
Als Standard-Test-Flüssigkeiten wurden destilliertes Wasser und Dimethylsulfoxid verwendet. Je Flüssigkeit wurden 5 Tropfen erzeugt und vermessen. Mit Hilfe einer CCD-Kamera wurde ein digitales Bild der Flüssigkeitstropfen auf der zu untersuchenden Oberfläche gespeichert. Der exakte Tropfenumriss wurde durch die Young-Laplace-Methode determiniert und hieraus mittels der Owens-Wendt-Rabel-Kaelble-Methode (OWRK) der Kontaktwinkel berechnet. Die Gerätesoftware bildete hierzu aus den Werten das arithmetische Mittel und errechnete die Oberflächenspannung.
Es wurde festgestellt, dass die Oberflächenspannung des Probestreifens mit einer mittleren Beschichtungsmasse der UV-Lackschicht von 8,29 g/m² 25,21 mN/m betrug, die Oberflächenspannung des Probestreifens mit einer mittleren Beschichtungsmasse der UV-Lackschicht von 11,79 g/m² betrug 26,28 mN/m und die des Probestreifens mit einer mittleren Beschichtungsmasse der UV-Lackschicht von 21,66 g/m² 26,86 mN/m.
Diese Ergebnisse zeigen, dass die Oberflächenspannung der getrockneten UV-Lackschicht nicht von deren Schichtdicke anhängig ist.
Beispiel 2
Der Einfluss der Schichtdicken eines UV-härtbaren Acryllacks als erster Schicht und eines metallpartikelhaltigen Lacks wurde auf einem Papiersubstrat untersucht.
Hierzu wurden Probestreifen eines glänzend gestrichenen Bilderdruckpapiers (Zanders IkonoGloss) mit einer Grammstur von 135 g/m² und einer Größe von 47 × 230 mm zunächst mit einem UV-Lack sowie nachfolgend mit dem Metallic-Effektlack Mirafoil^® (Henkel) bedruckt. Das Drucken erfolgte mit einem Mehrzweck-Probedruckgerät (Firma Prüfbau), welches zur Erstellung von Norm-Druckproben nach DIN 16519 und ISO 2834 dient.
Zunächst wurde eine Menge von ca. 300 mm³ eines UV-härtbaren Acryllacks (Schmid Rhyner AG) mit einem Spatel auf die Verreiberwalze aufgetragen und eine gleichmäßige Verteilung des UV-härtbaren Acryllacks auf der Verreiberwalze, der Auftragwalze und der metallischen Druckform hergestellt. Anschließend wurden die Probestreifen abgedruckt. Auf diese Weise konnte eine kontinuierliche Abnahme der Lackschichtdicke von Probestreifen zu Probestreifen erreicht werden. Die Trocknung der Probestreifen erfolgte im Anschluss an den Druck, wobei die Probestreifen aus dem Mehrzweck-Probedruckgerät in einen Trockner verbracht wurden und der Zeitraum zwischen Druck und Trocknung ca. 20 Sekunden betrug. Hierzu wurde eine Trocknereinheit mit Hochdruck-Quecksilberdampfstrahler (UVH 2424-0, UV-Technik Meyer GmbH), einer Reflektoreinheit (UV-Technik Meyer GmbH) sowie ein Vorschaltgerät (ALP 51, UV-Technik Meyer GmbH) und Steuergerät (UV-Technik Meyer GmbH) verwendet. Die Trocknung erfolgte für ein bis zwei Sekunden bei einer Leistung von ca. 380 W im UV-C-Bereich einer Wellenlänge von 200 nm bis 280 nm, von ca. 200 W im UV-B-Bereich einer Wellenlänge von 280 nm bis 315 nm, und von ca. 180 W im UV-A-Bereich einer Wellenlänge von 315 nm bis 400 nm.
Die Messung der mittleren Beschichtungsmasse bzw. mittleren Schichtdicke des UV-Lacks erfolgte durch gravimetrische Differenzmessung. Hierzu wurden die Druckformen vor dem Bedrucken mit einer Feinwaage (AE 200, Fa. Mettler, Genauigkeit 0,1 mg) vor und nach dem Bedrucken mit dem UV-Lack gewogen. Die aufgetragene Menge des UV-Lacks in Gramm pro m² lässt sich aus der Differenz des Gewichts der Druckform vor und nach dem Bedrucken und der bedruckten Fläche ermitteln. Es wurden mittlere Beschichtungsmassen bzw. mittlere Schichtdicken im Bereich von 5,51 g/m² bis 22,09 g/m² bestimmt.
Nach diesem Verfahren wurden zwei Probereihen von Probestreifen hergestellt. Eine Versuchsreihe ”L1” wurde in abnehmender Schichtdicke des UV-Lacks angeordnet, eine weitere Versuchsreihe ”L2” in zunehmender Schichtdicke des UV-Lacks.
Die beiden Versuchsreihen L1 und L2 wurden anschließend mit dem Metallic-Effektlack Mirafoil^® (Henkel) bedruckt. Hierdurch erhielten beide Versuchsreihen L1 und L2 einen Mirafoil^®-Auftrag abnehmender Dicke, so dass die Versuchsreihe L1 gleichsinnig abnehmende Schichtdicken des UV-Lacks und des Mirafoil^® aufwies, während die Versuchsreihe L2 abnehmende Schichtdicken des UV-Lacks aber zunehmende Schichtdicken des Mirafoil^® aufwies.
Hierzu wurde eine Menge von ca. 250 mm³ Mirafoil^® mit einem Spatel auf die Verreiberwalze aufgetragen und abgedruckt. Auf diese Weise wurde eine kontinuierliche Abnahme der Lackschichtdicke des Mirafoil^® von Probestreifen zu Probestreifen erzielt. Es wurde festgestellt, dass sich in einem Zeitrahmen von 3 bis 4 Sekunden nach dem Druckvorgang stochastische, unregelmäßig verteilte, sternchenförmige Strukturelemente ausbildeten. Die Trocknung der Probestreifen erfolgte im Anschluss. Hierzu wurden die Probestreifen aus dem Mehrzweck-Probedruckgerät in einen Trockner verbracht, so dass durch Aus- und Anspannen und das Verbringen der Probestreifen der Zeitraum zwischen Druck und Trocknung ca. 20 Sekunden betrug.
Die Trocknung des Mirafoil^® erfolgte für ein bis zwei Sekunden bei einer Leistung von ca. 380 W im UV-C-Bereich einer Wellenlänge von 200 nm bis 280 nm, von ca. 200 W im UV-B-Bereich einer Wellenlänge von 280 nm bis 315 nm, und von ca. 180 W im UV-A-Bereich einer Wellenlänge von 315 nm bis 400 nm.
Die Messung der mittleren Beschichtungsmasse bzw. mittleren Schichtdicke des Mirafoil^® erfolgte wiederum durch gravimetrische Differenzmessung wie beschrieben. Es wurden mittlere Beschichtungsmassen bzw. mittlere Schichtdicken im Bereich von 3,9 g/m² bis 15,49 g/m² Mirafoil^® hergestellt.
Es konnte beobachtet werden, dass mit abnehmender mittlerer Schichtdicke des Mirafoil^®-Auftrags die Anzahl der Strukturen pro Fläche zunahm. Die Anzahl der stochastisch unregelmäßig verteilten, sternchenförmigen Strukturen pro cm² wurde durch Auszählen bestimmt. Hierbei wurde festgestellt, dass bei einer Beschichtungsmasse bzw. Schichtdicke von 4 g/m² Mirafoil^® 8 bis 12 Strukturen pro cm², im Mittel 10 Strukturen, und bei 9 g/m² Mirafoil^® 5 bis 9 Strukturen pro cm², im Mittel 7 Strukturen, auftraten.
Darüber hinaus nahm die Größe der entstehenden Strukturen ab und die Häufigkeitsverteilung der Strukturen pro Fläche wurde insgesamt gleichmäßiger. Eine Verteilung der stochastisch unregelmäßig verteilten, sternchenförmigen Strukturen, die einen haptisch und optisch wahrnehmbaren Effekten herstellten, konnte insbesondere im Bereich einer mittleren Beschichtungsmasse bzw. mittleren Schichtdicke zwischen 4 g/m² und 12 g/m² Mirafoil^® festgestellt werden. Eine besonders gleichmäßige Verteilung der stochastisch unregelmäßig verteilten, sternchenförmigen Strukturen konnte insbesondere im Bereich einer Beschichtungsmasse bzw. Schichtdicke zwischen 5 g/m² und 8 g/m² Mirafoil^® festgestellt werden.
Wie in 1 dargestellt, konnte bei einer ca. 2-fach vergrößerten Darstellung des Probestreifens bei einer Auftragung von 4,41 g/m² des Metalliceffekt-Lacks Mirafoil^® festgestellt werden, dass stochastisch unregelmäßig verteilte, sternchenförmige Strukturen eine insgesamt gleichmäßige flächenmäßige Verteilung aufwiesen.
Die Versuchsreihen zeigten deutlich, dass die Schichtdicke des Mirafoil^®-Auftrags die entscheidende Größe zur Steuerung der Anzahl, Größe und Verteilung der Strukturen war.
Ferner wurde festgestellt, dass die Schichtdicke des UV-Lacks keinen Einfluss auf die Ausbildung der Strukturen zeigte, da eine entsprechende Verteilung der Strukturen abhängig von der Schichtdicke des Mirafoil^®-Auftrags in beiden Versuchsreihen L1 und L2 unabhängig von der Dicke der UV-Lackschicht erfolgte.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN ISO 4768 [0041]
DIN 16519 [0102]
ISO 2834 [0102]
DIN 16519 [0110]
ISO 2834 [0110]

Claims

Verfahren insbesondere Druckverfahren zur Herstellung einer strukturierten Beschichtung auf einem Substrat umfassend die nachfolgenden Schritte: a) Bereitstellen eines Substrats mit einer Oberflächenspannung im Bereich von ≥ 18 mN/m bis ≤ 33 mN/m, oder Beschichten eines Substrats mit wenigstens einer ersten Schicht mit einer Oberflächenspannung im Bereich von ≥ 18 mN/m bis ≤ 33 mN/m; b) Aufbringen eines metallpartikelhaltigen Lacks und/oder einer metallpartikelhaltigen Druckfarbe mit einer mittleren Beschichtungsmasse im Bereich von ≥ 2 g/m² bis ≤ 20 g/m² auf das Substrat oder die erste Schicht; c) Trocknen des metallpartikelhaltigen Lacks und/oder der metallpartikelhaltigen Druckfarbe, wobei das Trocknen zeitverzögert einsetzt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man das Trocknen nach Ablauf von wenigstens ≥ 0,5 s, vorzugsweise nach Ablauf eines Zeitraums im Bereich von ≥ 0,5 s bis ≤ 5 s, bevorzugt im Bereich von ≥ 1 s bis ≤ 4 s, besonders bevorzugt im Bereich von ≥ 2 s bis ≤ 4 s, nach dem Aufbringen des metallpartikelhaltigen Lacks und/oder der metallpartikelhaltigen Druckfarbe durchführt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man das Substrat mit wenigstens einer ersten Lackschicht ausgebildet aus einem Ultraviolett-Lack insbesondere einem UV-härtbaren Lack auf Acrylbasis beschichtet, die im getrockneten Zustand eine Oberflächenspannung im Bereich von ≥ 18 mN/m bis ≤ 33 mN/m aufweist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenspannung im Bereich von ≥ 20 mN/m bis ≤ 30 mN/m, vorzugsweise im Bereich von 22 mN/m bis ≤ 29 mN/m, bevorzugt im Bereich von 24 mN/m bis ≤ 28 mN/m, besonders bevorzugt im Bereich von 25 mN/m bis ≤ 27 mN/m, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 26 mN/m bis ≤ 27 mN/m liegt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der metallpartikelhaltige Lack ein Metalleffektlack ist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Beschichtungsmasse des metallpartikelhaltigen Lacks und/oder der metallpartikelhaltigen Druckfarbe im Bereich von ≥ 2,5 g/m² bis ≤ 12 g/m², vorzugsweise im Bereich von ≥ 3 g/m² bis ≤ 8 g/m², bevorzugt im Bereich von ≥ 4 g/m² bis ≤ 7 g/m², besonders bevorzugt im Bereich von ≥ 2 g/m² bis ≤ 5 g/m², liegt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man nachfolgend Schritt c) auf den metallpartikelhaltigen Lack oder die metallpartikelhaltige Druckfarbe eine Motiv- und/oder eine Farbschicht aufbringt, vorzugsweise durch Flexodruck und/oder Offset-Druck.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat ein bedruckbares Substrat ist, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe umfassend Kunststofffolien, wobei der Kunststoffvorzugsweise ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend Polyolefine wie Polyethylen hoher und niedriger Dichte, Polyethylenterephthalat, Polypropylen, Polyamid, Polyvinylchlorid, Polystyrol, Polyester und/oder Polycarbonat, Metallfolien, Holzfolien, Papier, Pappe und/oder Karton.
Beschichtetes Substrat, insbesondere Druckerzeugnis hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche.
Beschichtetes Substrat, insbesondere Druckerzeugnis, umfassend: – ein Substrat mit einer Oberflächenspannung im Bereich von ≥ 18 mN/m bis ≤ 33 mN/m, oder einer ersten Schicht, die eine Oberflächenspannung im Bereich von ≥ 18 mN/m bis ≤ 33 mN/m aufweist; – eine Beschichtung mit einem metallpartikelhaltigen Lack und/oder einer metallpartikelhaltigen Druckfarbe, die eine stochastische Verteilung des metallpartikelhaltigen Lacks und/oder der metallpartikelhaltigen Druckfarbe aufweist; – optional eine Motiv- und/oder Farbschicht.
Verwendung eines beschichteten Substrats, insbesondere eines Druckerzeugnisses gemäß einem der vorherigen Ansprüche als Verpackungsmittel und/oder Akzidenzmittel, oder als fälschungssicheres Dokument, bei dem die Beschichtung oder Teilbeschichtung als Sicherheitsmerkmal verwendet wird.