DE19539451A1 - Verfahren zum Bedrucken von anodisch oxidiertem Aluminium - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bedrucken von anodisch oxidiertem Aluminium oder einer anodisch oxidierten Leichtmetallegierung in Form eines Bleches, Bandes oder Profils als Substrat nach dem Thermotransferdruckverfahren, bei dem eine mit einer sublimierbaren Farbstoff enthaltenden Druckfarbe bedruckte Matrize in Kontakt mit dem zu bedruckenden Substrat gebracht wird, das Substrat und die Matrize gemeinsam kontinuierlich durch eine Umdruckzone geführt werden, in der die Druckfarbe mindestens teilweise durch Anwendung von Druck und Wärme auf die durch anodische Oxidation erzeugte Oxidschicht des Substrats übertragen wird und die Oxidschicht anschließend verdichtet oder mit einer transparenten Lackschicht überzogen wird.

Aluminium und Aluminiumlegierungen können nicht ohne weiteres mit Farbstoffen gefärbt oder bedruckt werden. Es ist vielmehr erforderlich, auf der zu bedruckenden Oberfläche zunächst eine poröse Oxidschicht zu erzeugen, die organische oder anorganische Farbstoffe bzw. Imprägnierungsmittel aufnehmen kann. Üblicherweise wird die Oxidschicht anschließend verdichtet, wodurch die Poren der Schicht geschlossen werden. Hierdurch werden die Farbstoffe in der Oxidschicht eingeschlossen.

Ein derartiges Verfahren ist aus der DE-A-24 50 963 bekannt. Nachteilig arbeitet dieses bekannte Verfahren diskontinuierlich.

Ein weiteres diskontinuierlich arbeitendes Verfahren der genannten Art ist aus der DE-A-29 31 126 bekannt.

Ein kontinuierlich arbeitendes Verfahren ist aus der DE-C-30 10 532 bekannt. Durch dieses und weitere kontinuierlich arbeitende Verfahren wird keine ausreichende Konturenschärfe des endgültigen Druckbildes erreicht.

Es ist auch möglich, den Umdruckprozeß auf einem Rundkalander durchzu­ führen, wie er in der Textilindustrie üblich ist. Hierbei ergeben sich jedoch Einschränkungen hinsichtlich der Auswahl der Legierungen und der Material stärke.

Aus der EP-B-0 014 901 ist ein Verfahren zum Bedrucken eines beim Erhitzen über 220°C beständigen Substrates nach dem Transferdruck­ verfahren bekannt, bei dem das Substrat zunächst mit einem gegenüber den Druckfarben affinen Kunststoff beschichtet wird, ein mit sublimier­ baren Dispersionsfarbstoffen bedruckter Hilfsträger auf die Kunststoff­ beschichtung aufgelegt wird und die Dispersionsfarbstoffe durch trockene Hitzebehandlung in die Kunststoffbeschichtung übertragen werden.

Als Substrate werden u. a. Metalle genannt, wobei Aluminium als ein Beispiel für Metalle offenbart wird. Die so erhaltenen bedruckten Substrate sollen aufgrund der Verwendung von vernetzten Duroplasten als Kunststoffbeschichtung eine erhöhte Temperaturbeständigkeit aufweisen gegenüber nach dem üblichen Transferdruckverfahren bedruckten Substraten, bei denen als Zwischenbeschichtung ein thermoplastischer Kunststoff eingesetzt wird. Wenn auch bei den bekannten Gegenständen durch die Verwendung von Duroplasten eine verbesserte Temperatur­ beständigkeit erzielt wird, so ist diese doch weiterhin begrenzt aufgrund der Zersetzung der Duroplasten bei hoher thermischer Belastung. Außerdem werden die mechanischen Eigenschaften der Ober­ fläche letztlich durch den verwendeten Kunststoff bestimmt, so daß sich diese von denen des metallischen Substrats unterscheiden. Außerdem ist die Aufbringung einer Kunststoffbeschichtung als Zwischenschicht aufwendig und mit zusätzlichen Kosten verbunden.

Weiterhin besteht der Nachteil, daß die Farbstoffe in der duroplastischen Matrix nicht chemisch gebunden werden. Wenn man den bedruckten Gegenstand noch einmal auf die beim Drucken angewandte Temperatur erhitzt, so verläßt der Farbstoff das Substrat wieder. Ein Teil der Wärmeenergie kann auch in Bewegungsenergie umgewandelt werden, wodurch der Farbstoff in der Matrix wandert und das Druckbild seine Konturenschärfe verliert.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die bekannten Druckverfahren zu verbessern und ein kontinuierliches Verfahren anzugeben, bei dem insbesondere eine erhöhte Konturenschärfe erreicht wird.

Weiterhin soll das Druckerzeugnis den Eindruck eines in der Oxidschicht schwebenden Bildes aufweisen, das einer dreidimensionalen Darstellung ähnlich ist.

Vielfach ist es wünschenswert, neben den genannten Aluminiumoberflächen Textilgewebe, z. B. Polyestergewebe mit dem gleichen Druckbild zu bedrucken. Hierdurch ist es möglich, beispielsweise Wohn- oder Büro­ räume mit bedruckten Aluminiumtafeln und Stoffen zu gestalten, die das gleiche Druckbild aufweisen. Bei den bisher bekannten Verfahren tritt durch den Einsatz von Farbstoffgemischen das Problem auf, daß auf der Metalloberfläche und auf dem Textilgewebe ein unterschiedlicher Farbeindruck entsteht. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Druckverfahren der eingangs genannten Art auch in dieser Hinsicht zu verbessern.

Überraschenderweise wurde gefunden, daß durch eine spezifische Kombination von Parametern eine erhebliche Verbesserung des bekannten Thermotransferdruckverfahrens erreicht werden kann.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß das Substrat und die Matrize durch eine lineare Umdruckzone geführt werden, der Druck in der Umdruckzone maximal 1 bar, vorzugsweise maximal 0,3 bar, beträgt und das Substrat und die Matrize mit einer maximalen Zugspannung von 10 bis 200 N durch die Umdruckzone geführt werden.

Unter einer linearen Umdruckzone soll eine im wesentlichen ebene Umdruckzone verstanden werden, die im Gegensatz zu einer Druckwalze keine starke oder gar keine Krümmung aufweist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Der erwünschte Eindruck eines schwebenden Druckbildes ergibt sich insbesondere bei der Lackierung der bedruckten Oxidschicht im nicht verdichteten Zustand. Durch den Lösungsmittelgehalt im Lack sowie die zur Lacktrocknung notwendigen Temperaturen zwischen 50 und 240° C werden die Farbstoffe angelöst und wandern auf dem Porenboden nach oben. Die Wanderung der Farbstoffmoleküle wird dabei durch die zunehmende Vernetzung des Lackes (Duroplast) und den Abbruch der Trocknungsreaktion begrenzt. Im Ergebnis erhält man ein Bild, das zwischen dem Porengrund und der Lackoberfläche liegt, diese jedoch nicht erreicht. Das Ausmaß der Wanderung der Farbstoffmoleküle ist dabei abhängig von ihrer chemischen Struktur und ihren physikalischen Eigenschaften. Aufgrund der entstehenden Farbstoffverteilung ist das Bild für den Betrachter nicht lokalisierbar, es scheint, als ob es in der Lackschicht schwebt. Für die Versiegelung eignen sich besonders Polyesterlacke mit einem hohen OH-Anteil, die isocyanatvernetzt werden. Das Mischungsverhältnis NCO/OH sollte dabei 1 betragen.

Weitere Einzelheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens werden im folgenden beschrieben.

Die Transferdruckvorlagen können im Lösungsmitteldruck erstellt werden. Vorteilhaft werden jedoch wäßrige Farbstoffdispersionen eingesetzt. Die hierbei einzusetzenden Transferpapiere haben vorteilhaft ein Flächen­ gewicht zwischen 40 g/m² und 90 g/m². Wäßrige Dispersionen sind aus technischen und ökologischen Gründen vorteilhaft.

Wenn Metalloberflächen und Textilgewebe mit gleichem Druckbild bedruckt werden sollen, ist es vorteilhaft, daß das Verhältnis Porendurchmesser/ Molekülgröße ein Verhältnis von 5 : 1-100 : 1 aufweist. Vorteilhaft werden die eingesetzten Farben aus nicht mehr als drei Farbstoffen gemischt. Das Mischungsverhältnis sollte dabei 1 : 5 nicht unter­ schreiten. Da eine Aluminiumoberfläche eine andere Farbaufnahme­ charakteristik als ein beim Transferdruck üblicherweise eingesetztes Polyestergewebe besitzt, ist es vorteilhaft, ein Verdickungsmittel für die Druckpasten zu verwenden. Als Verdickungsmittel können Polycarbon­ säuren eingesetzt werden, wobei ein Carbonylgruppengehalt von über 15%, bezogen auf die Gesamtheit der funktionellen Gruppen, die Farbstoffaufnahme begünstigt. Eine weitere Verbesserung kann durch den Zusatz von ungesättigten Alkoholen in einem Anteil von bis zu 4 Gew.-% erzielt werden.

Außer beim Umdruck selbst kann eine Farbverschiebung auch noch bei der Verdichtung auftreten. Hierdurch kann sich das farbige Erscheinungsbild verändern. Es hat sich gezeigt, daß das Dipolmoment und die Dielektrizitätskonstanten der eingesetzten Farbstoffe die Qualität der nachfolgenden Verdichtung aufgrund ihres Lösungsverhaltens beeinflussen. Die besten Ergebnisse werden erzielt mit Farbstoffen, die eine Dielektrizitätskonstante zwischen 5 und 50 besitzen.

Die Qualität der durchgeführten Verdichtung sollte einem Resublimationstest genügen (Anfärbung eines Polyestergewebes bei einer Umdrucktemperatur der Aluminiumvorlage von 220°C, 40 s, 5 kg/cm²). Nur bei ausreichender Resistenz unter Resublimationsbedingungen ist ein dauerhafter Erhalt des Bildes sichergestellt.

Da eine Farbstoffausblutung außer von den Badzusätzen auch von der Badtemperatur bei der Verdichtung abhängt, empfehlen sich Verdichtungs­ temperaturen unterhalb des Siedepunktes.

Die Eloxierung/Anodisierung kann kontinuierlich und diskontinuierlich nicht nur im schwefelsauren Milieu durchgeführt werden.

In der DE-C-30 10 532 werden Verfahren und Anlagen zur Bedruckung von Bändern beschrieben. Hierbei wird ein vorgeheiztes Aluminiumblech auf einer Zylinderoberfläche mit einer Transfervorlage in Kontakt gebracht. Bei der vorgeschlagenen Anordnung findet der eigentliche Transfer­ vorgang jedoch nur auf einem kleinen Teil der erwärmten Zylinderober­ fläche statt, 3/4 der Oberfläche werden nicht genutzt. Die Anordnung birgt auch den Nachteil, daß besonders empfindliche Aluminium­ qualitäten, wie hochglanzgewalzte und/oder geglänzte Bänder mit einer sehr empfindlichen Oberfläche hier nicht bedruckt werden können. Aus der Veröffentlichung DE 27 14 394 B2 ist bekannt, daß beim Umdruck Haarrisse in der Oberfläche auftreten, diese Risse sind jedoch nicht primär auf einen Temperaturgradienten, der durch den Umdruck bedingt ist, zurückzuführen, sondern resultieren vielmehr aus der Bahnspannung in Zusammenhang mit den Umschlingungswinkel der Bahn. Aus der gleichen Veröffentlichung ist der Einsatz von AlMg-Legierungen mit hohem Mg-Gehalt bekannt. Erfindungsgemäß werden bevorzugt Glänzwerkstoffe und glanzgewalzte Legierungen mit einem Mg-Gehalt unter einem Prozent eingesetzt. Hierfür wird eine lineare Umdruckzone eingesetzt, bei der die Bahn vorteilhaft zudem eine maximale Zugspannung von 10 bis 200 N aufweist. Die Bahnspannung wird über Zugmeßwellen kontrolliert und gesteuert. Da die glänzenden Bahnen sehr empfindlich gegenüber mechanischen Einwirkungen sind, wird es bevorzugt, daß sie während des Umdruckes keinen direkten Kontakt zu den beheizten Metalloberflächen besitzen, sondern vielmehr von beiden Seiten durch zwei temperatur­ beständige Kunststoffbänder abgedeckt werden. Aus dem gleichen Grund sollte der Papierandruck durch die Führungsdecke auf max. 40 mbar beschränkt bleiben. Die Abkühlung der Bahn erfolgt durch die Bahn­ bewegung. Ein Besprühen oder zusätzliche Kühlung verbietet sich, da es hierdurch zu unkontrollierter Kondenswasserbildung kommen kann, die den Oberflächenglanz beeinträchtigt.

Um die Sublimation möglichst effektiv zu gestalten, wird die Vorlage gemeinsam mit dem bedruckten Blech erwärmt. Dieses Verfahren ist bislang nur bei diskontinuierlicher Arbeitsweise angewendet worden. Bei einer nahezu spannungsfreien Arbeitsweise ist es jedoch möglich, dieses unter kontinuierlichen Produktionsbedingungen zu gewährleisten.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.

Die Figur zeigt eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Von dem Abwickler 1 läuft die zu bedruckende Aluminiumbahn 2 durch die Umdruckzone 4. Zusammen mit der Aluminiumbahn wird als Matrize die Papierbahn 3 durch die Umdruckzone geführt. Die bedruckte Aluminiumbahn wird auf dem Aufwickler 5 aufgewickelt.

Claims (5)

1. Verfahren zum Bedrucken von anodisch oxidiertem Aluminium oder einer anodisch oxidierten Leichtmetallegierung in Form eines Bleches, Bandes oder Profils als Substrat nach dem Thermotransfer­ druckverfahren, bei dem eine mit einer sublimierbaren Farbstoff enthaltenden Druckfarbe bedruckte Matrize in Kontakt mit dem zu bedruckenden Substrat gebracht wird, das Substrat und die Matrize gemeinsam kontinuierlich durch eine Umdruckzone geführt werden, in der die Druckfarbe mindestens teilweise durch Anwendung von Druck und Wärme auf die durch anodische Oxidation erzeugte Oxidschicht des Substrats übertragen wird und die Oxidschicht anschließend verdichtet oder mit einer transparenten Lackschicht überzogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat und die Matrize durch eine lineare Umdruckzone geführt werden, der Druck in der Umdruckzone maximal 1 bar, vorzugsweise maximal 0,3 bar, beträgt und das Substrat und die Matrize mit einer maximalen Zugspannung von 10 bis 200 N durch die Umdruckzone geführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur in der Umdruckzone 150 bis 300°C beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktzeit des Substrats und der Matrize in der Umdruckzone 5 bis 200 s beträgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Farbstoffe verwendet werden, deren Molekulargewicht maximal 400 beträgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Substrat glanzgewalzte oder hochglanzgewalzte Werkstoffe oder Glänzwerkstoffe eingesetzt werden.