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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 Verfahren zur Herstellung eines
Druckwerkzeugs bereitzustellen, wobei das so hergestellte 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 Verfahren zu Herstellung eines
nahtlosen Druckwerkzeugs, 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 werden,
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
wird.
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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 Fig. 1 sind Beispiele für einen Aufbau mit
einer niedrig viskosen (Fig. 1a) und einer hochviskosen Farbe (Fig. 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.
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.
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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.
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.
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% |