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Die
Erfindung betrifft eine definierte Rastertechnologie zur Herstellung
eines endlosen Werkzeugs für den
Tiefdruck, ein derartiges Druckwerkzeug, sowie eine für die Verarbeitung
mit einem derartigen Druckwerkzeug geeignete Zusammensetzung für eine thermisch
aktivierbare Beschichtung.
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Bei
der Herstellung von funktionellen Schichten oder auch dekorativen
Schichten auf einem Trägermaterial,
beispielsweise einer Folienbahn, ist für eine Reihe von Anwendungen äußerste Präzision erforderlich.
Ferner müssen
für verschiedenste
Anwendungsbereiche gewisse Schichtdicken eingehalten werden, insbesondere
auch bei mehrschichtigen Aufbauten.
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So
müssen
beispielsweise bei Sicherheitsmerkmalen für Wertdokumente und Datenträger die
vorgegebenen Codierungen, Muster, Linien, Zeichen, Buchstaben, Bilder,
Formen, Strukturen und dergleichen äußerst präzise, sowohl was deren Begrenzungen
als auch deren Form betrifft, aufgebracht werden.
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Insbesondere
bei Sicherheitsmerkmalen, beispielsweise, Sicherheitsstreifen für Banknoten,
ist bei einem mehrschichtigen Aufbau, wenn beispielsweise unterschiedliche
Sicherheitsmerkmale kombiniert werden sollen, oder Verpackungen
oder auch Aufreißfäden, eine
definierte Schichtdicke der einzelnen Schichten bei gleichzeitig
bleibender hoher Präzision,
die erforderlich ist, um ihre Einmaligkeit bzw. Originalität zu erhalten bzw.
nachzuweisen, notwendig.
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Dies
gilt nicht nur für
funktionelle Merkmale wie magnetische oder elektrische Eigenschaften,
sondern auch in hohem Maße
für die
optischen Merkmale, insbesondere wenn beispielsweise ein definierter
Farbverlauf gefordert ist.
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Auch
bei der Herstellung von Leiterbahnen oder bei der Aufbringung von
thermisch aktivierbaren Beschichtungen muss eine hohe Präzision der
aufgedruckten Schichten gewährleistet
sein.
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Im
konventionellen Tiefdruckverfahren können zudem verschiedenste Farben
und Lacke mit den bekannten Rastergeometrien nicht oder nur sehr
schwer verarbeitet werden. Dazu gehören insbesondere für bestimmte
funktionelle Merkmale wichtige Farben und Lacke, beispielsweise
Magnetfarben, Silberlacke, Leitlacke, Resistlacke, leitfähige Farben
und dergleichen.
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Derzeit
werden derartige Farben und Lacke entweder in einem Siebdruckverfahren
verarbeitet oder, im Fall von Beschichtungen, von Leiterplatten
entsprechende Strukturen vorwiegend durch Aufdrucken oder Belichten
einer Fotoschicht mit anschließendem Ätzverfahren
hergestellt.
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Aufgabe
der Erfindung war es daher ein Druckwerkzeug bereitzustellen, wobei
das Druckwerkzeug geeignet ist auch schwer oder bisher nicht im
Tiefdruck mit entsprechender Schichtdicke bzw. Präzision verarbeitbare
Lacke und Farben bzw. bisher nicht im Tiefdruckverfahren herstellbare
präzise
Farbverläufe
auf eine Materialbahn jeglicher Art aufzubringen.
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Gegenstand
der Erfindung ist daher ein nahtloses Druckwerkzeug, dadurch gekennzeichnet,
dass durch Laser- oder Elektronenstrahlbebilderung, und/oder Laser-
oder Elektronenstrahlgravur und/oder Stichelgravur beliebige Formen,
Buchstaben, Muster, Bilder, Linien, Strukturen und dergleichen in
Form von definierten Näpfchenformen
und/oder einer definierten Oberflächenstruktur auf dem Werkzeug
abgebildet sind, worauf in Abhängigkeit
von dem Material, aus dem das Werkzeug besteht, entweder durch diese
Bebilderung entweder direkt oder durch ein anschließendes Ätzverfahren
auf der Werkzeugoberfläche
wiedergegeben ist.
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Ein
weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein nach oben erwähnten Verfahren
hergestellter Druckwerkzeug sowie seine Verwendung zur Herstellung
definierter Farbverläufe
im Tiefdruckverfahren zur Herstellung bedruckter Materialbahnen
durch optimale Einstellung von Werkzeugumfang und Abzugslängen bzw.
zur Herstellung von funktionellen Schichten mit definierten Eigenschaften.
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Ein
weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Zusammensetzung für eine zur
Verarbeitung insbesondere im Tiefdruckverfahren mit einem wie oben
beschriebenen Werkzeug geeignete thermisch aktivierbare Beschichtung,
dadurch gekennzeichnet, dass die thermisch aktivierbare Beschichtung
auf einer Basis eines Ethylen-Acrylatcopolymers oder eines Ethylenmethacrylatcopolymers
gegebenenfalls modifiziert mit Polyester oder Polyamid aufgebaut
ist und einen einstellbaren Siegelbeginn ab etwa 50°C aufweist.
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Im
Verfahren zur Herstellung eines nahtlosen Druckwerkzeugs wird mit
Hilfe der Laser- oder Elektronenstrahlbebilderung und/oder Laser-
oder Elektronenstrahlgravur und/oder Stichelgravur ein Werkzeug
entsprechend den auf der bedruckten Bahn gewünschten Mustern, Bildern, Linien,
Buchstaben, Formen und dergleichen mit entsprechenden Strukturen
bebildert, wobei entsprechend der abschließend nach dem Tiefdruckvorgang
gewünschten
Form der Abbildung auf der dann bedruckten Materialbahn, insbesondere
in Abhängigkeit
von der gewünschten
Schichtdicke und der Rheologie des zu verdruckenden Lacks oder der
zu verdruckenden Farbe entsprechende Dimensionen für die Herstellung
der Bebilderung gewählt
werden.
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Dabei
kann jede auf einem Computersystem in einer geeigneten Software
erstellbare Näpfchen-
oder Oberflächenstrukturgeometrie
durch die Laser- oder Elektronenstrahlbebilderung und/oder Laser-
oder Elektronenstrahlgravur und/oder Stichelgravur exakt wiedergegeben
werden.
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Durch
eine speziell angepasste Software können die Userdots (frei wählbare Geometrie)
interaktiv am Bildschirm generiert und gespeichert werden und beliebige
Formen aus einer Datenbank gewählt
werden.
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Die
Näpfchen
sind dann passergenau zu einer bereits vorgegebenen Struktur oder
Bedruckung einsteuerbar. Während
bei üblichen
Verfahren die Näpfchen
in einem starren Raster festgelegt sind, ist bei den hier beschriebenen
Verfahren für
jede grafische Struktur der Näpfchenstand
und die Näpfchendimension
individuell einstellbar.
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Es
können
auch direkt steglose rotative Stichstrukturen jeder beliebigen mit
einem Grafikprogramm erstellbaren Form, wie Muster, Bilder, Formen,
Linien, Buchstaben und dergleichen individuell erstellt werden.
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Vorzugsweise
werden in Abhängigkeit
von den gewünschten
Formen, Strukturen und in Abhängigkeit von
der zu verarbeitenden Farbe oder dem zu verarbeitenden Lack Modulationen
von etwa 10–240 μm, vorzugsweise
15–35 μm und Stegbreiten
von etwa 3–20 μm, vorzugsweise
5–7 μm eingestellt.
Die Konvergenz wird im allgemeinen auf einen Faktor zwischen 0 und
100 eingestellt, vorzugsweise 0–60,
die Winkelung der Näpfchen
ist gegebenenfalls zu berücksichtigen.
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Das
Material, aus dem das zu bebildernde Druckwerkzeug besteht, kann
jedes geeignete Metall, beispielsweise Cu oder Zn sein, wobei bei
direkter Bebilderung in Zn das Ätzverfahren
anschließend
entfallen kann. Ferner kann das erfindungsgemäße Druckwerkzeug auch ein fotoempfindliches
Kunststoffwerkzeug oder ein mit einer fotoempfindlichen Schicht
beschichtetes Kunststoffwerkzeug sein oder nur ein reines Kunststoffwerkzeug,
das mit Laser- oder
Elektronenstrahl direkt graviert wird.
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Der
Werkzeug kann ein Sleeve, ein Hohlzylinder oder ein Zapfenzylinder
sein.
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Die
Beschichtung des Werkzeugs erfolgt auf übliche Weise, beispielsweise
mit einem Kunststoffübertragungsrad,
vorzugsweise in einer Schichtdicke von 2–10 μm mit einer handelsüblichen
fotoempfindlichen Zusammensetzung beispielsweise LD 100, Fa. OHKA
Kogyo Ltd. Es sind aber auch alle anderen bekannten und handelsüblichen
Zusammensetzungen geeignet. Anschließend wird der Zylinder mit
einem Overcoat mit einer Schichtdicke von etwa 1–5 μm versehen, beispielsweise mit
OC-40 der oben genannten Firma oder mit einer analogen ähnlichen
handelsüblichen
Zusammensetzung.
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Mit
Hilfe eines Laser- oder Elektronenstrahls wird also auf einer bestimmten
Registerlänge
eine auf dem Werkzeug vorhandene fotoempfindliche Schicht mit den
entsprechenden Mustern, Formen, Linien, Buchstaben in Form des vorher
definierten Rasters bebildert, entwickelt und gegebenenfalls geätzt und
verchromt.
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Die
Entwicklung erfolgt nach der Bebilderung auf übliche Weise, beispielsweise
kontaktlos mit Natriumcarbonat (0,5% Lösung), daran schließt üblicherweise
ein Reinigungsvorgang mit Wasser an, worauf der Zylinder getrocknet
wird.
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Durch
ein anschließendes
auf die Laser- oder Elektronenstrahlbebilderung und/oder Laser-
oder Elektronenstrahlgravur und/oder Stichelgravur folgendes konventionelles Ätzverfahren
werden die durch die Laser- oder Elektronenstrahlbebilderung und/oder
Laser- oder Elektronenstrahlgravur und/oder Stichelgravur definierten
Muster, Formen, Linien, Buchstaben und dergleichen, auf der Oberfläche des
Werkzeugs wiedergespiegelt Die Ätzung
kann auf verschiedene Weise erfolgen, beispielsweise auf konventionelle
Weise, wie mittels einer Fe(III)-chlorid Lösung oder einer Cu(II)-chlorid
Lösung,
gegebenenfalls unter Zusatz von HCl oder H2SO4. Der Ätzlösung können gegebenenfalls
auch bekannte und handelsübliche
Additive für
den Flankenschutz beigegeben werden.
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Die
Dauer der Einwirkung des Ätzmittels
ist abhängig
vom verwendeten Ätzmittel
und beträgt
beispielsweise bei Verwendung einer Cu-Chloridlösung unter Zusatz einer Säure etwa
90–2400
sec
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Ferner
kann auch anstelle des konventionellen Ätzverfahrens ein bekanntes
elektrochemisches Ätzverfahren
eingesetzt werden.
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Die
Tiefe der Ätzung
kann dabei abhängig
von bestimmten Vorgaben eingestellt werden. So kann bei funktionellen
Eigenschaften beispielsweise eine gewisse Opazität, Farbstärke oder eine gewisse Stärke der magnetischen
oder leitfähigen
Eigenschaften eingestellt werden.
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Auf
diese Weise können
nahtlose Metalloberflächen
für Druckwerkzeuge
jeder gewünschten
Registerlänge
mit einer bisher unerreichten Präzision
hergestellt werden, bei denen in Abstimmung mit den entsprechenden
rheologischen, insbesondere auch vom Pigmentanteil und der Viskosität abhängigen Eigenschaften der
verwendeten Farben oder Lacke die entsprechende, insbesondere dem
Festkörpergehalt
der entsprechenden Farbe oder des entsprechenden Lacks angepasste
Geometrie der Bebilderung eingestellt wird. Je viskoser die zu verarbeitende
Farbe oder der zu verarbeitende Lack ist, desto tiefer wird die
Modulation und desto offener der Aufbau der Oberflächenstruktur
eingestellt. In 1 sind Beispiele für einen
Aufbau mit einer niedrig viskosen (1a) und
einer hochviskosen Farbe (1b) dargestellt.
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Insbesondere
bei der Herstellung von definierten Mustern etc. z.B. Landesflaggen
etc mit einem definierten Farbverlauf ist eine besonders exakte
Darstellung der Geometrie der darzustellenden Muster, Bilder, Linien,
Buchstaben, Strukturen und/oder Formen besonders wichtig. Das trifft
insbesondere dann zu, wenn derartige Muster, Formen, Bilder, Linien,
Zeichen, Strukturen und dergleichen für funktionelle Merkmale von z.B.
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Sicherheitsmerkmalen,
auf eine Materialbahn, insbesondere eine Folie im Tiefdruckverfahren
aufgebracht werden sollen.
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Bei
einem vorgegebenen fest definierten Farbverlauf werden bisher gut
definierte und ausgeführte Farbverläufe im allgemeinen
im Pixelformat erzeugt und verarbeitet. Bisher hat man in der exakten
Reproduktion des Tonwerts in Bezug auf die Abzugslänge auf
dem Druckwerkzeug keine befriedigenden Ergebnisse erzielt.
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Nachteil
der Verarbeitung im Pixelformat ist jedoch, dass kaum exakt die
auf den Gravurraster abgestimmte Flächendeckung erreicht werden
kann und dass insbesondere in Tiefdruckverfahren hergestellte Farbverläufe zusätzlich die
reproduzierbare Exaktheit der auf die Materialbahn gedruckten Formen,
Linien, Muster, Zeichen, Buchstaben und dergleichen nicht erreichbar
war. Ferner führt
die Verarbeitung im Pixelformat fast unweigerlich zu sogenannten
Treppenstufen im Farbverlauf, ein kontinuierlich exakter Übergang
von einer Farbe zur anderen ist praktisch derzeit nicht erreichbar.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
mit einem mittels der oben beschriebenen Laser- oder Elektronenstrahlbebilderung
und/oder Laser- oder Elektronenstrahlgravur und/oder Stichelgravur
hergestellten Druckwerkzeug werden ungeachtet der späteren Produktionsdaten
die optimalen Abzugslängen
für den
jeweiligen Rasterwinkel und Tonverlauf ermittelt.
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Beispielsweise
wird für
einen Farbverlauf in Form eines Regenbogenfarbverlaufs in bestimmten
Tonwertstufen und für
einen bestimmten Farbton eine Abzugslänge von x mm ermittelt. Die
technischen Produktionsparameter für die Fertigung von derartig
mit in bestimmten Farbverläufen
und/oder Formen, Mustern, Linien, Buchstaben und dergleichen sehen
im allgemeinen eine von dieser Abzugslänge x mm unterschiedliche Abzugslänge y, die
im vorbestimmten Rapport übereinstimmt,
vor. Daher wird die den vorgegebenen Produktionsparametern entsprechende
Abzugslänge, die
von der ermittelten differiert, eingestellt, die Dimension (insbesondere
der Umfang) des Tiefdruckzylinders wird aber exakt entsprechend
der ermittelten Abzugslänge
gewählt.
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Das
nach dem oben beschriebenen Verfahren durch Laser- oder Elektronenstrahlbebilderung und/oder
Laser- oder Elektronenstrahlgravur und/oder Stichelgravur hergestellte
Druckwerkzeug wird also in seinem Umfang so bemessen, dass die Registerlänge der
ermittelten Abzugslänge
x und nicht der entsprechend den vorgegebenen Produktionsparametern
vorgegebenen Abzugslänge
y entspricht. Dadurch wird einerseits in Abhängigkeit vom gewünschten
Farbverlauf und in Abhängigkeit
von den rheologischen Eigenschaften der einzelnen verdruckten Farben
im gewünschten
Farbverlauf ein entsprechender Werkzeugumfang und eine entsprechende
Geometrie der Laser- oder Elektronenstrahlbebilderung und/oder Laser-
oder Elektronenstrahlgravur und/oder Stichelgravur eingestellt.
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Dieses
Verfahren wird für
alle beabsichtigten Muster, Farben, Formen in den entsprechenden,
gegebenenfalls unterschiedlichen Farben oder Tonwertstufen wiederholt,
wobei bei entsprechendem mehrschichtigen Druckvorgang und/oder bei
verschiedenen Codierungen und/oder Farben und/oder Lacken jeweils
entsprechende Dimensionen des Werkzeugs bzw. insbesondere von den
Eigenschaften der zu verdruckenden Farbe oder des zu verdruckenden
Farblacks oder Lacks abhängigen
durch die oben beschriebene Laser- oder Elektronenstrahlbebilderung
und/oder Laser- oder Elektronenstrahlgravur und/oder Stichelgravur
hergestellten Oberfläche
des Tiefdruckzylinders wiederholt bzw. getrennt durchgeführt wird.
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Auf
diese Weise können
auch bisher schwer oder gar nicht im Tiefdruck zu verarbeitende
hochviskose und/oder hochpigmentierte Farben, Lacke, oder funktionelle
Farben oder Lacke im Tiefdruckverfahren durch die entsprechende
Anpassung der dreidimensionalen Form der Oberflächenbebilderung im Druckwerkzeug ohne
weiteres in sogar noch höherer
Präzision
und in einer definierten bisher nur in Siebdruckverfahren erzielbaren
Schichtstärke
zu verarbeitet werden.
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Insbesondere
Magnetfarben, leitfähige
Farben, Silberfarben, Metallbronzen und dergleichen oder Lacke oder
thermisch aktivierbare Beschichtungen, die insbesondere für die nachträgliche Applikation
auf Papier oder Kunststoff etc. auf derartige Folienbahnen nach
Aufbringung von funktionellen Schichten unabhängig vom vorher angewendeten
Verfahren als sozusagen abschließende Schicht partiell oder
vollflächig
auf die bedruckte Materialbahn aufgebracht werden sollen, sind bisher
kaum der Aufbringung im Tiefdruckverfahren zugänglich.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Druckwerkzeug
können
aber auch mit derartigen Farben und Lacken definierte funktionelle
Schichten hergestellt werden. So ist es beispielsweise möglich definierte
leitfähige
Schichten mit einem vorgegebenen Flächenwiderstand von beispielsweise
exakt 50 Ω/☐ herzustellen.
Ferner ist es möglich
exakt definierte magnetische Schichten mit einem exakt definierten
magnetischen Fluss von beispielsweise 800 nWb/m herzustellen.
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Es
ist auch möglich
lösungsmittelfreie
Lacke, beispielsweise strahlungshärtbare Lacke, z.B. UV-härtbare Lacke
zu verdrucken.
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Das
erfindungsgemäße Druckwerkzeug
kann je nach Prozessanforderungen geheizt oder gekühlt werden.
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Die
entsprechend dem weiteren Gegenstand der Erfindung für ein solches
Tiefdruckverfahren mit einem erfindungsgemäß hergestellten und in seiner
Abzugslänge
eingestellten Druckwerkzeug bereitgestellte thermisch aktivierbare
Beschichtung ist insbesondere besonders geeignet im Tiefdruckverfahren
mit entsprechender Präzision
verdruckt zu werden.
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Die
erfindungsgemäße thermisch
aktivierbare Beschichtung besteht aus einer Basis eines Ethylen-Acrylatcopolymers
oder eines Ethylenmethacrylatcopolymers gegebenenfalls modifiziert
mit einem Polyester oder Polyamid und weist einen einstellbaren
Siegelbeginn ab etwa 50°C
auf.
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Beispielsweise
kann als Basis ein Ethylen-Acrylatcopolymer mit einem Acrylsäureanteil
von 10–20% und
einem Polyethylenanteil von 80–90%,
beispielsweise das von der Firma Morton S/A unter dem Handelsnamen
Surlyn vertriebene Ethylenacrylatcopolymer, verwendet werden. Ferner
kann ein Ethylenmethacrylatcopolymer mit einem Methacrylsäureanteil
von etwa 10–20%,
beispielsweise Tecseal E 800 der Firma Trüb AG, als Basis verwendet werden.
Vorzugsweise weisen diese Ethylencopolymere einen MFI von etwa 30–1000 auf.
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Der
Anteil des entsprechenden Ethylenacrylat- oder Ethylenmethacrylatcopolymeren
kann 40–96,5% betragen
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Als
weitere Bestandteile enthält
die thermisch aktivierbare Beschichtung eine Acrylatdispersion (0–40%), als
Lösungsmittel
wird Wasser oder eine Wasser/Alkohol Mischung verwendet, beispielsweise
eine Wasser/i-Propanol Mischung (1–10%), und gegebenenfalls enthält die thermisch
aktivierbare Zusammensetzung noch Organosilane (0,3–3%). Ferner
kann die erfindungsgemäße Zusammensetzung
bis zu insgesamt 11 % an weiteren Bestandteilen, wie beispielsweise
Wachsdispersionen, Tenside oder Polyvinylacetat, Polyvinylchlorid
und/oder Polyurtethandispersionen enthalten.
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Vorzugsweise
kann der Siegelbeginn bei etwa 60°C,
besonders bevorzugt bei etwa 75°C
eingestellt werden.
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Die
thermisch aktivierbare Beschichtungszusammensetzung kann gegebenenfalls
gefärbt
und/oder pigmentiert sein, wobei alle bekannten Farbstoffe bzw.
Pigmente geeignet sind.
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Die
erfindungsgemäße thermisch
aktivierbare Beschichtung ist insbesondere im Tiefdruckverfahren mit
ausgezeichneter Präzision
und individuell bestimmbarer Schichtdicke, vollflächig aber
auch partiell (entsprechend einer, wie oben beschrieben, hergestellten
Laser- oder Elektronenstrahlbebilderung und/oder Laser- oder Elektronenstrahlgravur
und/oder Stichelgravur eines Druckwerkzeugs) verdruckbar.
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Ein
besonderer Vorteil der im Tiefdruckverfahren mit ausgezeichneter
Präzision
verdruckbaren erfindungsgemäßen thermisch
aktivierbaren Beschichtung ist deren ausgezeichnete Siegelfähigkeit
gegen zellstofffreies oder zellstoffhaltiges Papier oder Papier
aus Baumwolle, insbesondere gegen Velinpapier und Banknotenpapier
(insbesondere zur Aufbringung bzw. Einbettung von Sicherheitsmerkmalen),
gegen Kunststoffe und gegen sich selbst, wobei entsprechend der
gewünschten
Anwendung die thermisch aktivierbare Beschichtung auf einer oder
beiden Oberflächen
von bedruckten, insbesondere nach einem Tiefdruckverfahren mit entsprechend
der obigen Beschreibung hergestellten Druckwerkzeugen hergestellten
Materialbahnen bzw. insbesondere Folien im Tiefdruckverfahren vollflächig oder
in einem bestimmten Muster partiell aufgebracht wird.
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Gegebenenfalls
können
als sog. Abstandshalter zu einer im oben beschriebenen Verfahren
aufgebrachten funktionellen Schicht Wachse zur Erhöhung der
Gleitfähigkeit
und/oder zur Verhinderung des Blockverhaltens, beispielsweise auf
Basis von Polyolefinen, wie Polyethylen, Polypropylen oder PVC oder
Organosilanen verwendet werden.
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Beispiel 1:
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Für einen
Regenbogenverlauf in bestimmten Tonwertstufen und Farbton Gelb wird
eine Abzugslänge von
480 mm, für
den Farbton Cyan eine Abzugslänge
von 472 mm ermittelt.
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Die
technischen Produktionsparameter sehen aber für beide Farbtöne eine
Abzugslänge
von 462 mm vor. Im Bebilderungsfile wird die errechnete Länge z.B.
480 mm oder 472 mm eingestellt, der verwendete Zylinder weist aber
nur den entsprechend den Produktionsdaten bestimmten Umfang von
462 mm auf.
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Während der
Gravur passt dann die Maschine automatisch den Vorgaben die einzelnen
Farbseparationen an. Beispiel
2:
| Thermisch
aktivierbare Beschichtung |
| Ethylen-Acrylat-Copolymer
(Surlyn two 56220) | 70,00% |
| Acrylatdispersion | 21,00% |
| i-Porpanol | 3,00% |
| Wasser | 3,00% |
| Organosilan | 0,3
% |
| Wachsdispersion | 2,0 |
| Tensidlösung | 0,2 |
| Polyvinylchlorid | 0,5
% |