DE19942055A1 - Verfahren zum Bedrucken eines thermoplastischen Kunststoffes - Google Patents
Verfahren zum Bedrucken eines thermoplastischen KunststoffesInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bedrucken eines thermoplastischen Werkstoffes, wobei auf der Oberfläche des Werkstoffes ein Farbmittel aufgebracht und anschließend zur Aushärtung gebracht wird. Um eine dauerhafte Farbgebung auf dem zu bedruckenden Werkstoff zu erzielen, kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass als Farbmittel ein thermoplastische Tonerteilchen aufweisender Toner auf elektrographischem oder elektrostatischem Weg auf die Oberfläche des Werkstoffes aufgebracht wird, und dass der Toner und/oder zumindest ein Teil der Oberfläche des Werkstoffes in einen Reaktionszustand überführt werden, indem der Toner mit der Oberfläche eine feste Verbindung eingeht.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bedrucken eines thermoplastischen
Werkstoffes, wobei auf die Oberfläche des Werkstoffes ein Farbmittel auf
gebracht und anschließend zur Aushärtung gebracht wird.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Druckverfahren, beispielsweise
das Siebdruck-, das Tampondruck- oder das Flexodruckverfahren bekannt. Bei
diesen Verfahren wird lösungsmittelhaltige Farbe auf den thermoplastischen
Kunststoff aufgebracht. Das Lösungsmittel verdampft, so dass die Farbe aus
härten kann. Einige Zeit nach der Fertigung des thermoplastischen Werkstoffes
entstehen zwischen der Werkstückoberfläche und der nur schwer vorher ab
schätzbare Farbe chemische Reaktionen, die die Haftwirkung der Farbe nach
teilig beeinflussen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art zu
schaffen, mit dem eine dauerhafte Farbgebung auf dem zu bedruckenden Werk
stoff erzielt werden kann.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass als Farbmittel ein thermoplastische
Tonerteilchen aufweisender Toner auf elektrographischem oder elektrostati
schem Weg auf die Oberfläche des Werkstoffes aufgebracht wird, und dass der
Toner und/oder zumindest ein Teil der Oberfläche des Werkstoffes in einen
Reaktionszustand überführt werden, indem der Toner mit der Oberfläche eine
feste Verbindung eingeht.
Die thermoplastischen Tonerteilchen gehen mit dem Werkstoff eine feste Ver
bindung ein, die später im ausgehärteten Zustand nicht ohne Weiteres wieder
gelöst werden kann. Damit kann eine dauerhafte Anbindung des Farbmittels
erreicht werden. Dadurch, dass das Farbmittel in Form eines Toners auf
elektrographischem oder elektrostatischem Weg auf den Werkstoff aufgebracht
wird, ist ein flexibler Druckvorgang möglich, da in kleinsten Losgrößen auch
aufwendige Druckbilder gefertigt werden können.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung ist insbesondere
vorgesehen, dass die Oberfläche des Werkstoffes mittels Wärmeenergie in den
flüssigen oder teigigen Zustand überprüft werden.
Eine mögliche Erfindungsvariante kann dadurch gekennzeichnet sein, dass der
thermoplastische Werkstoff in einer Formgebungsmaschine unter Temperatur
einwirkung verarbeitet wird, dass der verarbeitete Werkstoff im Anschluss an
den Formgebungsprozess zumindest in Teilbereichen seiner Oberfläche noch zur
Bildung des Reaktionszustandes erwärmt ist oder unter Temperatureinwirkung
auf diesem Reaktionszustand gehalten wird, und dass anschließend der Toner
auf die zu bedruckende Oberfläche aufgebracht wird. Hierbei wird sich der
Druckvorgang also unmittelbar an den Formgebungsprozess anschließen.
Gemäß einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren kann auch vorgesehen
sein, dass der thermoplastische Werkstoff in einer Formgebungsmaschine unter
Temperatureinwirkung verarbeitet wird, dass der verarbeitete Werkstoff im
Anschluss an den Formgebungsprozess zur Aushärtung gebracht wird (Zustand
Z1) und dass anschließend der ausgehärtete Werkstoff einer Temperiereinrich
tung zugeführt wird und in dieser zumindest in Teilbereichen seiner Oberfläche
auf den Reaktionszustand gebracht wird.
Bei den beiden vorgenannten Verfahren kann der Toner entweder mittels einer
Temperiereinrichtung in den Reaktionszustand überführt werden, oder der Toner
wird von der im Werkstoff vorhandenen Wärmeenergie in den Reaktionszustand
überführt.
Denkbar ist auch eine Verfahrensführung, die von dem eigentlichen Formge
bungsprozess abgekoppelt ist. Dabei kann dann vorgesehen sein, dass der
thermoplastische Werkstoff in einer Formgebungsmaschine unter Temperatur
einwirkung verarbeitet wird, dass der verarbeitete Werkstoff im Anschluss an
den Formgebungsprozess zur Aushärtung gebracht wird (Zustand Z1), dass der
Toner in einer Temperiereinrichtung vor dem Aufbringen auf die zu beschich
tende Oberfläche des Werkstoffes in den Reaktionszustand überprüft wird, und
dass die Oberfläche von dem erwärmten Toner teilweise in den Reaktionszu
stand überführt wird.
Um eine sichere Aushärtung des Farbmittels zu gewährleisten, kann vorgesehen
sein, dass im Anschluss an den Farbgebungsprozess, nachdem sich das Farb
mittel mit der Oberfläche des Werkstoffes verbunden hat, dieser in einer
Abkühlstrecke zusammen mit dem Farbmittel in den ausgehärteten Zustand ge
bracht wird.
Um infolge des Druckvorganges keine oder nur eine geringfügige Beeinflussung
der Oberflächenqualität des Werkstoffes zu erhalten, ist ein erfindungsgemäßes
Verfahren dergestalt, dass das Farbmittel in die Oberfläche des Werkstoffes zur
Bildung einer glatten Oberflächenstruktur eingesenkt wird. Hierdurch kann
insbesondere auch eine homogene glatte Oberfläche erzeugt werden.
Bevorzugterweise bestehen die thermoplastischen Tonerteilchen aus demselben
Material wie der zu beschichtende Werkstoff.
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand des in der Zeichnung
dargestellten Verfahrens-Ablaufschemas erläutert.
Wie sich der Zeichnung entnehmen lässt, wird ein Werkstoff 10 im Rohzustand
einer Formgebungsmaschine 11 zugeführt. Die Formgebungsmaschine kann bei
spielsweise eine Spritzgussmaschine, ein Extruder oder dgl. sein. Der Form
gebungsmaschine 11 ist eine Temperierungseinrichtung 14 zugeordnet. Mittels
dieser Temperierungseinrichtung 14 wird der Werkstoff 10 in den flüssigen oder
teigigen Zustand überführt. Im Anschluss an den Formgebungsprozess erfolgt
die Bedruckung der gesamten oder eines Teiles der Werkstoffoberfläche. Hierzu
ist in dem Verfahrensdiagramm in zwei Zustände Z1 und Z2 unterschieden. Ge
mäß dem Zustand Z1 wird der Werkstoff zur vollständigen Aushärtung ge
bracht. Der ausgehärtete Werkstoff kann dann transportiert oder beispielsweise
zwischenbearbeitet werden. Anschließend wird er dann einer Temperierungsein
richtung 12 zugeführt. In dieser Temperierungseinrichtung 12 wird zumindest
die zu bedruckende Oberfläche des Werkstoffes 10 mittels Wärmeenergie in
einen teigigen oder flüssigen Reaktionszustand überführt. Mittels einer
Druckvorrichtung 13 kann auf die zu bedruckende Oberfläche ein Toner aufge
bracht werden. Der Toner enthält thermoplastische Tonerteilchen und Farbpig
mente. Ist der Toner als Einkomponententoner ausgebildet, so sind in dem
Toner auch noch Klarungssteuerungsmittel vorhanden. Denkbar ist auch die
Verwendung eines Zwei-Komponententoners, dem ein Entwickler in Form von
ferromagnetischen Teilchen zugegeben ist.
Dieser Toner wird elektrographisch oder elektrostatisch auf die Oberfläche des
Werkstoffes aufgebracht. Dabei ist denkbar, dass der Toner in seinem Rohzu
stand direkt auf die Oberfläche des Werkstoffes aufgebracht wird oder dass der
Toner mittels einer Temperierungseinrichtung 14 in den flüssigen oder teigigen
Reaktionszustand überführt wird. Der Toner kann entweder vor oder nach der
Temperierungseinrichtung 12, in der der ausgehärtete Werkstoff 10 erwärmt
wird, zugegeben werden. Wird der Toner im Rohzustand, also nicht über die
Temperierungseinrichtung 14 dem Werkstoff zugeführt, so erfolgt die Überfüh
rung des Toners in den Reaktionszustand entweder mit der Temperierungsein
richtung 12 oder direkt durch den Kontakt des erwärmten Werkstoffes 10.
Nachdem der Toner auf den Werkstoff 10 aufgebracht und in den Reaktionszu
stand überführt wurde, verbindet sich dieser mit dem Werkstoff 10 zu einer
festen Komposition.
Denkbar ist auch, dass der ausgehärtete Werkstoff 10 nicht der Temperierungs
einrichtung 12 zugeleitet wird, wie dies im Verfahrensschema gezeigt ist. Auf
den Werkstoff 10 wird dann ein Toner aufgegeben, der vorher in den Reaktions
zustand mittels der Temperierungseinrichtung 14 überführt wurde. Aufgrund
des Temperaturniveaus des Toners wird die Oberfläche des Werkstoffes 10 lo
kaI angeschmolzen, so dass das Farbmittel sich mit der Oberfläche verbinden,
insbesondere in diese einsenken kann.
Denkbar ist auch, dass der Werkstoff 10 im Anschluss an die Formgebungsma
schine 11 direkt der Farbbehandlung unterzogen wird. Dabei liegt zumindest die
Oberfläche des Werkstoffes 10 noch im unausgehärteten Zustand Z2 vor. Gege
benenfalls kann mit einer Zusatzheizeinrichtung 17 dieser Zustand aufrecht
erhalten werden. Auch die Oberfläche des Werkstoffes 10 kann dann wieder
mit der Druckvorrichtung 13 ein Toner aufgebracht werden. Der Toner kann
dabei entweder wieder im Rohzustand auf die Oberfläche aufgebracht werden
oder er lässt sich vorab mit der Temperierungseinrichtung 14 vorbehandeln.
Nachdem das Farbmittel auf den Werkstoff 10 aufgebracht wurde, durchläuft
der Werkstoff eine Abkühlungsstrecke 15, in der der Toner zur Aushärtung
gebracht wird. Im Anschluss an den Druckvorgang liegt das fertig bedruckte
Werkstück 16 vor. Bevorzugterweise bestehen die thermoplastischen Tonerteil
chen des Toners aus demselben Material wie der Werkstoff 10, um dadurch
eine einheitliche Materialzusammensetzung zu erreichen. Bevorzugterweise wird
das erfindungsgemäße Verfahren für folgende Werkstoffe angewendet: Poly
ethylen, Polypropylen, Polystyrol, Polycarbonat und ABS.
Denkbare Anwendungsbeispiele für das neue Druckverfahren sind beispiels
weise die Dekoration von Polycarbonat-Blenden für Hausgeräte, die Labelbe
druckung von Compact-Disk, inklusive Barcodes, Serien-Nr. oder Herstelldatum.
Weiterhin ist denkbar, Polypropylen-Stegplatten mit kundenspezifischen Be
druckungen zu versehen (z. B. für die Getränke-Industrie). In der Pharmaindustrie
kann eine individuelle Chargen-Kennzeichnung an Kunststoff-Verpackungen an
gedruckt werden. Zur Überführung des thermoplastischen Werkstoffes aus dem
ausgehärteten Zustand in den Reaktionszustand können die Temperierungsein
richtungen 12, 14, 17 als Infrarot-Strahler oder als Laser ausgebildet sein, die
lediglich die oberflächennahen Schichten des Werkstoffes 10 erwärmen. Hier
durch werden Verformungsproblematiken, die sich infolge der Wärmeeinbrin
gung ergeben, verhindert.
Claims (10)
1. Verfahren zum Bedrucken eines thermoplastischen Werkstoffes, wobei
auf die Oberfläche des Werkstoffes ein Farbmittel aufgebracht und
anschließend zur Aushärtung gebracht wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass als Farbmittel ein thermoplastische Tonerteilchen aufweisender Toner auf elektrographischem oder elektrostatischem Weg auf die Ober fläche des Werkstoffes (10) aufgebracht wird, und
dass der Toner und/oder zumindest ein Teil der Oberfläche des Werk stoffes (10) in einen Reaktionszustand überführt werden, indem der Toner mit der Oberfläche eine feste Verbindung eingeht.
dass als Farbmittel ein thermoplastische Tonerteilchen aufweisender Toner auf elektrographischem oder elektrostatischem Weg auf die Ober fläche des Werkstoffes (10) aufgebracht wird, und
dass der Toner und/oder zumindest ein Teil der Oberfläche des Werk stoffes (10) in einen Reaktionszustand überführt werden, indem der Toner mit der Oberfläche eine feste Verbindung eingeht.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Toner und/oder die Oberfläche der Werkstoffes (10) in einen
teigigen oder flüssigen Zustand überführt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Oberfläche des Werkstoffes mittels Wärmeenergie in den flüs
sigen oder teigigen Zustand überprüft werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass der thermoplastische Werkstoff (10) in einer Formgebungsmaschine (11) unter Temperatureinwirkung verarbeitet wird,
dass der verarbeitete Werkstoff (10) im Anschluss an den Formgebungs prozess zumindest in Teilbereichen seiner Oberfläche noch zur Bildung des Reaktionszustandes (Zustand Z2) erwärmt ist oder unter Temperatur einwirkung auf diesem Reaktionszustand (Zustand Z2) gehalten wird, und dass anschließend der Toner auf die zu bedruckende Oberfläche aufge bracht wird.
dass der thermoplastische Werkstoff (10) in einer Formgebungsmaschine (11) unter Temperatureinwirkung verarbeitet wird,
dass der verarbeitete Werkstoff (10) im Anschluss an den Formgebungs prozess zumindest in Teilbereichen seiner Oberfläche noch zur Bildung des Reaktionszustandes (Zustand Z2) erwärmt ist oder unter Temperatur einwirkung auf diesem Reaktionszustand (Zustand Z2) gehalten wird, und dass anschließend der Toner auf die zu bedruckende Oberfläche aufge bracht wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass der thermoplastische Werkstoff (10) in einer Formgebungsmaschine (11) unter Temperatureinwirkung verarbeitet wird,
dass der verarbeitete Werkstoff (10) im Anschluss an den Formgebungs prozess (11) zur Aushärtung gebracht wird (Zustand Z1) und dass anschließend der ausgehärtete Werkstoff (10) einer Temperierein richtung (12) zugeführt wird und in dieser zumindest in Teilbereichen seiner Oberfläche auf den Reaktionszustand gebracht wird.
dass der thermoplastische Werkstoff (10) in einer Formgebungsmaschine (11) unter Temperatureinwirkung verarbeitet wird,
dass der verarbeitete Werkstoff (10) im Anschluss an den Formgebungs prozess (11) zur Aushärtung gebracht wird (Zustand Z1) und dass anschließend der ausgehärtete Werkstoff (10) einer Temperierein richtung (12) zugeführt wird und in dieser zumindest in Teilbereichen seiner Oberfläche auf den Reaktionszustand gebracht wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Toner mittels einer Temperiereinrichtung (14) in den Reak tionszustand überführt wird oder
dass der Toner auf die zu bedruckende, im Reaktionszutand befindliche Oberfläche des erwärmten Werkstoffes (10) aufgebracht und von diesem in den Reaktionszustand überführt wird.
dass der Toner mittels einer Temperiereinrichtung (14) in den Reak tionszustand überführt wird oder
dass der Toner auf die zu bedruckende, im Reaktionszutand befindliche Oberfläche des erwärmten Werkstoffes (10) aufgebracht und von diesem in den Reaktionszustand überführt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass der thermoplastische Werkstoff (10) in einer Formgebungsmaschine (11) unter Temperatureinwirkung verarbeitet wird,
dass der verarbeitete Werkstoff (10) im Anschluss an den Formgebungs prozess (11) zur Aushärtung gebracht wird (Zustand Z1),
dass der Toner in einer Temperiereinrichtung vor dem Aufbringen auf die zu beschichtende Oberfläche des Werkstoffes (10) in den Reaktionszu stand überprüft wird, und
dass die Oberfläche von dem erwärmten Toner teilweise in den Reak tionszustand überführt wird.
dass der thermoplastische Werkstoff (10) in einer Formgebungsmaschine (11) unter Temperatureinwirkung verarbeitet wird,
dass der verarbeitete Werkstoff (10) im Anschluss an den Formgebungs prozess (11) zur Aushärtung gebracht wird (Zustand Z1),
dass der Toner in einer Temperiereinrichtung vor dem Aufbringen auf die zu beschichtende Oberfläche des Werkstoffes (10) in den Reaktionszu stand überprüft wird, und
dass die Oberfläche von dem erwärmten Toner teilweise in den Reak tionszustand überführt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass im Anschluss an den Farbgebungsprozess, nachdem sich das Farb
mittel mit der Oberfläche des Werkstoffes (10) verbunden hat, dieser in
einer Abkühlstrecke (15) zusammen mit dem Farbmittel in den ausgehär
teten Zustand gebracht wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Farbmittel in die Oberfläche des Werkstoffes (10) zur Bildung
einer glatten Oberflächenstruktur eingesenkt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dss die thermoplastischen Tonerteilchen aus denselben Thermoplasten
wie die zu beschichtende Oberfläche des Werkstoffes (10) besteht.
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