DE102009044092A1

DE102009044092A1 - Verfahren zur Herstellung eines digitalbedruckten Werkstückes

Info

Publication number: DE102009044092A1
Application number: DE102009044092A
Authority: DE
Original assignee: Theodor Hymmen Holding GmbH
Current assignee: Theodor Hymmen Verwaltungs GmbH
Priority date: 2009-09-23
Filing date: 2009-09-23
Publication date: 2011-03-31
Also published as: EP2367691B1; WO2011036142A1; PL2367691T3; ES2414932T3; EP2367691A1

Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung eines digitalbedruckten flächigen, bahnförmigen oder plattenförmigen Werkstückes (3, 20) mit abriebfester Oberfläche, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
A) Bereitstellen eines digitalen Datensatzes für ein Dekorbild für eine digitale Druckvorrichtung (1);
B) Zuführen eines bedruckbaren Werkstückes (3, 20) zu der Druckvorrichtung (1);
C) Digitales Bedrucken mittels der Druckvorrichtung (1) unter Verwendung mindestens einer durch Bestrahlung aushärtenden acrylathaltigen Druckfarbe (6);
D) Aushärten der Druckfarbe (6);
E) Imprägnieren des bedruckten Werkstückes (3, 20) mit einem netzmittelhaltigen Harzgemisch (19); und
F) Aushärten des netzmittelhaltigen Harzgemisches (19) mittels einer Heizpresse (106), vorzugsweise einer Doppelbandpresse (14) oder einer Kurztaktpresse (15).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines digitalbedruckten flächigen, bahnförmigen oder plattenförmigen Werkstückes, beispielsweise eine Küchenarbeitsplatte, eine Möbelfront oder ein Laminatfußbodenteil mit einer dekorativen und widerstandsfähigen Oberfläche.
Um die Herstellung eines solchen Werkstücks zu beschleunigen und flexibel reagieren zu können, werden zunehmend digitale Druckverfahren, z. B. Tintenstrahldruckverfahren (Inkjet) eingesetzt. Die Schwierigkeit beim Tintenstrahldruckverfahren liegt darin, dass die eingesetzten Tintenstrahldruckköpfe in einer industriellen Produktion mit UV-vernetzten wasserbasierenden Farben nur sehr schlecht zu handhaben sind. Einige Druckfarben können nach ihrer Aushärtung durch UV-Strahlung bei einem nachfolgenden Imprägnieren eines derart bedruckten Werkstüekes mit einer wasserbasierten Harzlösung als Sperrschicht auftreten und damit eine dauerhafte Verbindung zwischen dem bedruckten Werkstück mit darunter liegenden anderen Papierlagen oder einer darunter liegenden Platte, z. B. einer Holzwerkstoffplatte oder anderen Werkstofflagen verhindern. Es kommt bei einem solchen Produkt im Nachhinein zu Ablösungen.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung Verfahren zur Herstellung eines digitalbedruckten flächigen, bahnförmigen oder plattenförmigen Werkstückes mit widerstandsfähiger Oberfläche und einem lagenweise Aufbau zu schaffen, bei welchem eine dauerhafte Verbindung der einzelnen Lagen gewährleistet ist.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
Dabei wird ein digitalbedrucktes flächiges, bahnförmiges oder plattenförmiges Werkstück mit abriebfester Oberfläche, wie folgt hergestellt: Zunächst erfolgt das Bereitstellen eines digitalen Datensatzes für ein Dekorbild. Dieses wird im Anschluss von einem Rechner an eine digitale Druckvorrichtung gesandt.
Im Anschluss erfolgt ein Zuführen eines bedruckbaren Werkstückes zu der Druckvorrichtung.
Anschließend erfolgt das digitale Bedrucken des jeweiligen Werkstückes mittels der Druckvorrichtung. Dabei kommt ein digitales Tintenstrahldruckverfahren zum Einsatz, welches eine acrylathaltige unter Bestrahlung aushärtende Druckfarbe verwendet. Dabei wird eine bestimmte Mindesteindringtiefe der Druckfarbe in das Papier erreicht.
An das Bedrucken schließt sich ein Aushärten der Druckfarbe durch Bestrahlung an.
Die ausgehärtete Acrylatschicht, wirkt dabei zunächst als eine Art Sperrschicht, gegenüber herkömmlichen wässrigen Harzlösungen. Ein Ablösungen des bedruckten Werkstückes von einer Werkstofflage z. B. einer Trägerplatte, kann durch Imprägnieren mit einem netzmittelhaltigem Harzgemisch verhindert werden.
Das Imprägnieren des bedruckten Werkstückes mit einem Harzgemisch kann beispielsweise durch Tränken, Benetzen oder Besprühen des Werkstückes mit dem jeweiligen Harzgemisch erfolgen.
Dabei kommt zusätzlich zu dem wässrigen Harzgemisch, insbesondere Melaminharz, ein Netzmittelzusatz zum Einsatz, das eine Penetration des Harzgemisches bzw. Melaminharzes durch die Acrylatschicht in der vorgegebenen Papiertiefe erst ermöglicht. Als Netzmittel können verschiedene chemische Stoffe verwendet werden, insbesondere Tenside.
Das Aushärten des Harzgemisches erfolgt beispielsweise im Fall von Aminoplasten durch Vernetzung von Polymersträngen als Folge einer an sich bekannten Kondensationsreaktion mit Hilfe einer Heizpresse, vorzugsweise einer Kurztaktpresse oder einer Doppelbandpresse.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Herstellung eines Werkstückes mit einer widerstandsfähiger Oberfläche und einem lagenweise Aufbau, bei welchem eine dauerhafte Verbindung der einzelnen Lagen gewährleistet ist. Dies wird durch ein netzmittelhaltiges Harzgemisch erreicht, das wesentlich besser als herkömmliche Harzgemische in die Werkstückoberfläche eindringt, beispielsweise bei Einsatz eines Dekorpapiers als Werkstück kann es zu einer kompletten Penetration des Papiers kommen. In einem weiteren Verfahrensschritt wird das dann angetrocknete imprägnierte Papier in einer Heizpresse ausgehärtet.
Dadurch können dekorativ beschichtete Werkstücke wie z. B. Küchenarbeitsplatten, Küchenmöbelfronten, anderen Möbelfronten oder auch Laminatfußböden und ähnlichen Werkstücken mit dekorativen Oberflächen hergestellt werden. Die Nachbildung einer Holzstruktur oder einer Steinstruktur, Phantasiedekore oder andere der Natur nachempfundene Dekore kann erreicht werden, wobei die Werkstücke gleichzeitig auch positive physikalische Eigenschaften wie Abriebsfestigkeit, Kratzfestigkeit, Wärmewiderstandsfähigkeit aufweisen.
Zum Imprägnieren kann vorteilhaft ein netzmittelhaltiges Harzgemisch mit einem Anteil an Netzmittel von 0,02–2 Gewichtsprozenten, vorzugsweise 0,1–0,5 Gewichtsprozenten, bezogen auf das Gesamtgewicht des netzmittelhaltigen Harzgemisches, verwendet werden, da bei diesem Anteil an Netzmittel ein optimales Eindringen des Harzgemisches in die Oberfläche des Werkstückes erreicht wird, ohne eine Beeinflussung auf die Transparenz oder die optische Einfärbung der Harzschicht zu haben.
Als Netzmittel können vorteilhaft Tenside oder Tensidgemische zum Einsatz kommen. Diese Netzmittel verringern die Oberflächenspannung zwischen dem bedruckten Werkstück und dem zum Einsatz kommenden Harz bei der Imprägnierung und bewirken somit eine ausreichende Durchtränkung des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bedruckten Werkstückes mit dem Harzgemisch.
Es ist von Vorteil, wenn die Aushärtung der acrylathaltigen Druckfarbe mittels UV-Strahlung (Strahlung im Ultravioletten Bereich: 1–380 nm) erfolgt. Diese Strahlung ist u. a. im Sonnenlicht enthalten und somit leicht verfügbar. UV-Leuchtmittel mit einem UV-Strahlungsbereich können ebenfalls eingesetzt werden. Dabei ist UV-Strahlung leicht zu handhaben. Auch andere Strahlungsbereiche können zur Aushärtung eingesetzt werden.
Die Geschwindigkeit des Aushärtens kann dabei vorteilhaft beschleunigt werden, wenn die Druckfarben Photoinitiatoren aufweist, welche eine Polymerisation oder Vernetzung der Acrylatbausteine beschleunigen.
Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn das digitale Bedrucken unter Verwendung mindestens einer UV-aushärtenden Druckfarbe erfolgt, die mindestens eine Eindringtiefe von 10 μm in ein zellulosehaltiges Werkstück aufweist. Dadurch wird ein Ablösen der Druckfarbe in weiteren Bearbeitungsschritten, so z. B. beim Aufrollen des Dekorpapieres verhindert.
Es ist von Vorteil, wenn die UV-aushärtenden Druckfarbe während des Aushärtens durch eine entsprechend geringere Strahlendosis nur teilweise vernetzt wird, bevorzugt zu 20–80%, besonders bevorzug zu 30–65%. Dadurch kann ein mehrfarbiger Druckprozess aufgeteilt werden. So kann nach dem Bedrucken von zwei Farben zunächst ein erstes Aushärten (Pinning) dieser Farben erfolgen. Anschließend können zwei weitere Farben aufgebracht werden.
Zum Imprägnieren können auch ein oder mehrere unbedruckte Werkstofflagen, die mit dem netzmittelhaltigen Harzgemisch versehen sind, oberhalb und/oder unterhalb des bedruckten Werkstückes angeordnet werden, so dass der Harzfluß aus diesen Werkstofflagen während des Pressvorgangs das unbeharzte, bedruckte Werkstück durchtränkt. Dabei können sowohl Werkstofflagen als auch das Werkstück beispielsweise aus saugfähigen Materialien wie Papier bestehen.
Es ist von Vorteil, wenn nach dem Imprägnieren des bedruckten Werkstückes oder dem Anordnen einer mit Harzgemisch imprägniert Werkstofflage auf oder unter dem bedruckten Werkstück, das Werkstück auf eine oder mehrere Werkstofflagen aufgebracht werden kann, welche anschließend durch Verpressen miteinander verbunden werden. So kann beispielsweise ein imprägniertes und bedrucktes Dekorpapier auf eine Holzwerkstoffplatte, vorzugsweise eine Spanplatte, MDF- oder HDF-Platte, aufgebracht werden, wodurch eine Laminierung eines biegefesten Untergrundes erfolgt.
Es ist vorteilhaft, wenn nach dem Imprägnieren des bedruckten Werkstückes mit dem Harzgemisch oder dem Anordnen zumindest einer unbedruckten imprägnierten Werkstofflage ober und/oder unterhalb des Werkstückes ein anschließendes Vortrocknen des Harzgemisches erfolgt. Dadurch kann eine Vorvernetzung von Bestandteilen des Harzgemisches erreicht werden, so dass auf die Harzschicht ggf. eine weitere imprägnierte Werkstofflage oder ein weiteres imprägniertes und bedrucktes Werkstück aufgebracht werden kann.
Es ist vorteilhaft, wenn in den zuvor beschriebenen Verfahren ein Harzgemisch auf Melaminharzbasis und/oder Phenolharzbasis eingesetzt wird, da dieses Material unter Druck das Werkstück durchdringt und in eine darunter liegende Werkstofflage, beispielsweise eine Faserplatte, eindringen kann und nach dem Aushärten des Harzgemisches eine unlösbare Verbindung mit der Werkstofflage eingegangen ist. Zudem ist Melaminharz nach dem Aushärten feuchtigkeitsbeständig gegenüber Wasser. Dabei ist Melamin ein Harz, welches einem Papier ein transparentes oder durchscheinendes Aussehen verleiht, während Phenolharz ein optisch gefärbter Harz ist.
Es ist von Vorteil, wenn das Aushärten des Harzgemisches durch eine kontinuierliche Doppelbandpresse erfolgt. Diese Presse ermöglicht sowohl die Verarbeitung von Endlosmaterial als auch Stückmaterial mit einer hohen Verarbeitungsgeschwindigkeit. Dabei ist es besonders von Vorteil wenn durch die Doppelbandpresse weitere, nicht bedruckte, imprägnierte Werkstofflagen, insbesondere, Papierlagen, mit dem bedruckten und imprägnierten Werkstück verpresst werden. Da die Zuführung der Werkstofflagen als Endlosmaterial erfolgen kann, bietet die Doppelbandpresse aufgrund ihrer kontinuierlichen Arbeitsweise einen höheren Durchsatz als beispielsweise eine Kurztaktpresse. Anschließend kann die Weiterverarbeitung des Materials, beispielsweise durch Strukturierung der Oberfläche erfolgen.
Es ist bei der Verpressung einer Schichtabfolge aus einer oder mehrerer unbedruckten, imprägnierten Werkstofflagen, insbesondere Papierlagen, einer Lage des vorab bedruckten und gegebenenfalls imprägnierten Werkstückes und einer weitere Werkstofflage, insbesondere einer Holzwerkstoffplatte, zu einer festen, ausgehärteten Einheit von Vorteil, wenn diese Verpressung in einem Pressvorgang einer Kurztaktpresse durchgeführt wird. Somit können mehrere Schichtabfolgen und somit mehrere Arbeitsschritte bei einem Presszyklus von weniger als 1 Minute zugleich erledigt werden.
Im Folgenden werden die Erfindung und die einzelnen Verfahrensschritte anhand der anliegenden 1–11 näher beschrieben. Sie zeigen:
1: Schematische Darstellung von drei erfindungsgemäßen Verfahrensschritten B), C) und D);
2: Schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrensschrittes E);
3: Schematische Darstellung von zwei erfindungsgemäßen Verfahrensschritten E) und F);
4: Schematische Darstellung von zwei alternativen erfindungsgemäßen Verfahrensschritten E) und F);
5: Schematische Darstellung einer Ausführungsvariante mit einer Perforationseinheit
6: Schematische Darstellung der Schichtabfolge einer weiteren nach den erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Ausführungsvariante eines Werkstückes;
7: Schematische Darstellung der Schichtabfolge einer weiteren nach den erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Ausführungsvariante eines Werkstückes;
8: Schematische Darstellung der Schichtabfolge einer weiteren nach den erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Ausführungsvariante eines Werkstückes;
9: Schematische Darstellung der Schichtabfolge einer weiteren nach den erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Ausführungsvariante eines Werkstückes;
10: Schematische Darstellung der Schichtabfolge einer weiteren nach den erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Ausführungsvariante eines. Werkstückes;
11: Schematische Darstellung der Schichtabfolge einer weiteren nach den erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Ausführungsvariante eines Werkstückes;
1 zeigt schematisch ein Zuführen mittels einer Zuführeinheit 102, ein Bedrucken eines Dekorpapieres 3 mittels einer Digitalen Druckeinheit 103 und ein Aushärten der Druckfarben mittels einer Bestrahlungseinheit 104 im Dekorpapier durch eine Druckvorrichtung 1. Der Digitaldruck kann u. a. direkt auf einer Holzoberfläche 20 erfolgen oder, wie in 1 beispielhaft abgebildet, auf ein von einer Rolle 2 abgewickeltes Dekorpapier 3.
Dabei weist die Druckvorrichtung 1 einen Drucker 4 auf, welcher über vier Druckköpfe 5 verfügt. Diese geben erfindungsgemäß UV-aushärtende Druckfarbe 6 auf die Oberfläche des Dekorpapieres 3 ab. Dabei ist ein einfarbiges oder mehrfarbiges Bedrucken des Werkstücks möglich.
Im Anschluss an das Bedrucken des Werkstückes erfolgt ein Aushärten der Druckfarbe durch Bestrahlung mit dem schematisch dargestellten UV-Leuchtmittel 7.
Nach dem Druckvorgang kann das Dekorpapier 3 zur Lagerung auf eine Rolle 8 aufgerollt werden.
Die Art und Weise des Zuführens eines Werkstücks richtet sich nach dessen Materialbeschaffenheit. Papierbögen können eingespannt und abgerollt werden, während Holzwerkstoffplatten auf Laufbändern der Druckvorrichtung zugeführt werden.
Die Druckköpfe 5 können stationär im Drucker 4 angeordnet sein, um ein singlepass Druckverfahren zu realisieren. Dabei können sich die Druckköpfe vorteilhaft über die gesamte Breite des zu bedruckenden Bereichs erstrecken. Die einzelnen Druckköpfe verfügen beispielsweise über eine Breite von 70 mm und sind nebeneinander in einem Druckmodul vorzugsweise mit den UV-aushärtenden Druckfarben Schwarz, Mangenta, Cyan und Gelb angeordnet. Die Druckfarben können beispielsweise Acrylatprepolymeren, Farbpigmenten und Photoinitiatoren aufweisen. Bei Anordnung mehrerer Druckmodule nebeneinander können auch Werkstücke, beispielsweise mit einer Breite größer als 1 m bedruckt werden. Die Anordnung mehrerer Druckmodule stationär nebeneinander ermöglicht ein einheitliches mehrfarbiges Druckbild, auf welchem keine Übergänge zwischen den einzelnen Druckmodulen erkennbar sind.
Alternativ können die Druckköpfe 4 in der Anordnung auch auf einem Schlitten angeordnet sein, so dass ein Bedrucken des Werkstückes im multi-pass Verfahren durchgeführt werden kann.
Die zuvor beschriebene stationäre und bewegliche Druckkopfanordnung können auch mehrreihig hintereinander angeordnet sein, um eine höhere Druckgeschwindigkeit gegenüber einer einreihigen Anordnung zu erreichen. Alternativ zu einer Druckkopfanordnung können auch Düsenbalken angeordnet sein.
Es können weiterhin statt vier auch sechs oder mehr Druckfarben in der Druckvorrichtung 1 je nach Ausführungsform verwendet werden.
2 zeigt den Verfahrensschritt des Imprägnierens des Werkstücks mit einem netzmittelhaligen Harzgemisch 19 durch eine Imprägniereinheit 105, z. B. mit einem Aminoharz (Melaminharzgemisch), welches beispielsweise zu 0,3 Gewichtsprozenten eines Tensids aufweist. Das Tensid senkt dabei die Oberflächenspannung der Sperrschicht der UV-ausgehärteten Druckfarbe 6, so dass das Harz diese Schicht durchdringen kann. Dabei wird das vorher bedruckte Dekorpapier 3 von der Rolle 8 abgewickelt, durch ein Harzbad 9 mit dem flüssigen netzmittelhaltigen Harz gezogen, mittels einer Quetschwalze 10 überschüssiges Harz abgequetscht und dann durch einen schematisch dargestellten Trockner 11 angetrocknet. Dieser Trockner 11 ist derart ausgebildet, dass er ein Antrocknen des Harzes ermöglicht. Beispielsweise kann der Trockner 11 als ein Umluft- bzw. Warmlufttrockner ausgebildet sein. Nach dem Trocknen des Harzes kann das Werkstück zur Lagerung auf eine weitere Rolle 12 aufgewickelt werden.
Alternativ zum Aufwickeln auf die Rolle 12 kann auch eine nicht dargestellte Schneidvorrichtung vorgesehen sein, um das imprägnierte und angetrocknete Papier in Bögen zu schneiden.
3 zeigt alternativ zum Imprägnieren den Verfahrensschritt des Anordnens von zwei unbedruckten Papierlagen 17 durch eine Beschichtungseinheit 107, welche mit einem netzmittelhaltigen Harzgemisch 19 imprägniert sind, ober- und/oder unterhalb eines bedruckten Holzwerkstückes 20.
Auf gleich Weise kann auch ein Aufbringen eines bedruckten und imprägnierten Dekorpapieres 3 ober- oder unterhalb einer Holzwerkstoffplatte 13 durch eine Beschichtungseinheit 108 erfolgen. Dabei wird oberhalb und unterhalb der Holzwerkstoffplatte 13 das bedruckte und imprägnierte Dekorpapier 3 abgewickelt und dieses so zusammengeführte Paket wird anschließend in einer Doppelbandpressenanlage 14 ausgehärtet.
Das Aushärten des Harzgemisches erfolgt in einer Aushärteeinheit 107. Das Verbinden der Einzellagen mit dem jeweiligen bedruckten Werkstück erfolgt in einer Heizpresse. Als Heizpresse 106 ist eine Doppelbandpresse 14 mit zwei Rollen 15 und einer Zuführung für die Holzwerkstoffplatte 13 dargestellt.
Eine alternative Ausführungsform des Verfahrensschrittes des Verbindens de bedruckten Dekorpapieres 3 mit der Holzwerkstoffplatte 13 durch eine Heizpresse 106 ist in 4 dargestellt. Hier wird ein Paket aus der Holzwerkstoffplatte 13 und dem darüber und darunter angeordneten bedruckten und imprägnierten Dekorpapier 3 in eine beheizte Kurztaktpresse 16 geführt und ausgehärtet.
5 zeigt den schematischen Aufbau einer Vorrichtung zur Erzeugung des mechanisch perforierten Dekorpapiers. Von einer Rolle 23 wird das unbeharzte Dekorpapier 3 abgewickelt. Es läuft dann unter einer Druckvorrichtung 1 sowie einer UV-Leuchtmitteln 7 zur Trocknung hindurch und wird anschließend über eine mit Stacheln oder ähnlichen mechanischen Perforationsmöglichkeiten ausgestattete Walze 24 und eine entsprechend ausgestaltete Gegenwalze 25, bei der in einer möglichen Ausführungsform die Stacheln der Stachelwalze 24 in jeweils ausgeführte Aussparungen der Gegendruckwalze 25 eintauchen und so dass zwischen beiden Walzen geführte bereits bedruckte Dekorpapier 3 perforieren. Im weiteren Anschluß wird das so perforierte und bedruckte Dekorpapier 3 auf einer Rolle 26 wieder aufgewickelt. In einer alternativen Ausführungsform kann dieses Dekorpapier auch vor dem Abwickeln von der Rolle 23 bereits leicht oder stärker beharzt sein.
6 zeigt ein geeignetes bedruckbares Papier 3, welches mit einer UV-aushärtbaren Druckfarbe 6 an der Oberfläche bedruckt ist. Man erkennt, dass je nach verwendetem Dekorbild die Oberfläche des Papiers 3 mehr oder weniger stark durch die Druckfarbe 6 abgedeckt ist. Bei einem sehr hellen Dekor, welches bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zu einer Bedruckung mit ca. 3 g Drucktinte/m² Oberfläche führt, ist eine hohe Durchlässigkeit der Druckfarbe 6 für das netzmittelhaltige Melaminharzgemisch 19 gegeben. Beim Bedrucken der Oberfläche mit einem dunklen Dekor, welches zu einer Belegung der Oberfläche mit üblicherweise 10 g oder mehr pro m² Oberfläche führt, ist eine schlechtere Durchlässigkeit gegeben, wobei nach dem Stand der Technik ohne das erfindungsgemäße Verfahren keine Durchlässigkeit gegeben wäre. Der Harzbad 9 mit dem Melaminharzgemisch deutet die spätere, nach dem Druckvorgang erfolgende Imprägnierung an, bei der das Melaminharz durch die aufgetragene Farbschicht aus Digitaldrucktinte in das Papier penetriert.
7 zeigt einen Querschnitt durch ein bedruckbares Papier 3, welches bereits mit der Druckfarbe 6 bedruckt ist, und nach dem anschließend den Verfahrensschritt des Imprägnierens mit dem netzhaltigen Melaminharzgemisch 19. Man erkennt, dass hier das Melaminharzgemisch mit dem Netzmittelzusatz durch die Schicht der Digitaldrucktinte hindurch in das Papier 3 penetriert ist und dieses vollständig imprägniert wurde.
8 zeigt einen Schnitt aus dem lagenweise beschichteten Werkstück aus dem bedruckbaren Papier 3, welches mit der Digitaldrucktinte 6 bedruckt worden ist und das mit netzmittelhaltigem Melaminharzgemisch 19 imprägniert wurde. Anschließend wurde das Werkstück aus Papier 3 mit einer Holzwerkstoffplatte 13 als Trägerplatte versehen, welche im Verfahrensschritt der Heißverpressung fest und unlösbar mit dem Papier 3 verbunden wurde. Wichtig ist dabei, dass in dem Verfahrensschritt der Heißverpressung das netzmittelhaltige Melaminharzgemisch, welches im Verfahrensschritt der Imprägnierung in das Papier 3 eingedrungen ist, aus dem Papier 3 in die Oberfläche der Holzwerkstoffplatte 13 penetriert und dort aushärtet und so die Verbindung bildet.
Außerdem ist in 8 erkennbar, dass die nach dem Ende des letzten Verfahrensschritts gebildete widerstandsfähige Oberfläche aus ausgehärtetem Melaminharz 19 eine entsprechende geprägte Oberflächenstruktur enthalten kann, welche durch den Einsatz von Prägeblechen in einer Kurztaktpresse oder Prägebändern in einer kontinuierlichen Doppelbandpresse erzeugt werden. Diese Oberflächenstruktur 27 kann in einer alternativen Ausführungsform durch ein weiteres beharztes Papier ohne Dekordruck, also ein Overlay-Papier 17, gebildet werden. Dieses Overlay-Papier 17 wird in demselben Pressvorgang mit dem bedruckten Werkstück aus Papier 3 verbunden und strukturiert.
9 zeigt einen Prinzipaufbau für eine mögliche Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem ein mit Melamin (ohne Netzmittel) vorimprägniertes Papier 3 mit der UV-Drucktinte 6 bedruckt ist. Darüber wird ein mit Melaminharz imprägniertes Overlay-Papier 17, welches transparent und unbedruckt ist, gelegt. Zwischen die Schichten 3 und 17 wird ein Netzmittel auf den UV-Druck aufgetragen, z. B. aufgesprüht. Unter das bedruckte Vorimprägnat wird ein weiteres beharztes aber unbedrucktes Underlay-Papier 17' gelegt und dieses so beschichtete Papier 3 wird mit einer Holzwerkstoffplatte 13, z. B. Span- oder MDF-Trägerplatte versehen. Der darunterliegende Aufbau auf der Rückseite der Trägerplatte kann identisch aufgebaut sein wie der oben liegende Aufbau. Das so gebildete Paket wird anschließend in einer Heizpresse verpresst und somit untrennbar miteinander verbunden (nicht in 4 gezeigt).
10 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. In diesem Fall ist das Dekorpapier 3 unbeharzt, d. h. nicht imprägniert, aber wie in den anderen Varianten mit der UV-aushärtbaren Druckfarbe 6 bedruckt. Das anschließend zu verpressende Paket wird darüber hinaus aus einem mit Melaminharzgemisch und einer entsprechenden Beigabe von Netzmittel 28 imprägnierten Overlay-Papier 17 und einem darunter liegenden, ebenfalls mit Melaminharz 19 und Netzmittelgemisch 28 imprägnierten Underlay 17' gebildet. Unter der Holzwerkstoffplatte 13 als Trägerplatte kann der Aufbau identisch sein wie oberhalb der Platte.
11 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dabei weist ein bedrucktes unbeharztes Dekorpapier mechanisch verursachte kleine Löcher 29 auf (Perforation). Der Druck mit der UV-Druckfarbe 6 auf das Dekorpapier 3 kann vor oder in einer alternativen Ausführungsform auch nach der mechanischen Erzeugung der Löcher (Perforation) im Dekorpapier sein. Durch diese Löcher kann während des später erfolgenden Pressvorgangs in der Heizpresse das Melaminharz 19 aus dem imprägnierten Underlay 17 und Overlay 17' besser durch die Farbschicht der UV-Druckfarbe 6 durchdringen und eine komplette feste Verbindung eingehen. Auf der Unterseite der Holzwerkstoffplatte 13 ist der gleiche Aufbau wie auf der Oberseite angedeutet, aber nach einem theoretisch zwischendurch erfolgten Heißpressvorgang. Dadurch hat das Melaminharz mit oder ohne Netzmittel komplett das mechanisch perforierte Dekorpapier 3 getränkt und auch die oberste Schicht der Holzwerkstoffträgerplatte. Dieser so verpresste Aufbau ist gezeigt.
Dabei kann zudem eine Verschleißschutzschicht, eventuell auch in Verbindung mit während der Beharzung aufgestreutem Verschleißschicht 21, insbesondere mit Korund (Aluminiumoxid (Al₂O₃)), aufgebracht.
Im Folgenden soll ein detailliertes Beispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben werden.
Bei dieser beispielhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zunächst ein digitaler Datensatz für ein zu druckendes Dekorbild, beispielsweise eine Holzoptik, wie z. B. ein Eichendekor oder ähnliches, für die digitale Druckvorrichtung, beispielsweise durch einen Rechneneinheit 101, bereitgestellt.
Anschließend wird ein geeignetes bedruckbares Werkstück der Druckvorrichtung über eine Zuführeinheit 102 zugeführt. Dieses Werkstück kann als Dekorpapier 3 oder Holzwerkstoffplatte 20 ausgebildet sein
Ein Dekorpapier 3 ist vorzugsweise ein Papier mit einem Flächengewicht von 40–120 g/m², besonders bevorzugt 60–100 g/m², und einer Restfeuchte vor der Bedruckung von 0,5–8% (Gewichtsprozent) Wasser im Papier, besonders bevorzugt 1,5–2,5% (Gewichtsprozent). Das Dekorpapier besteht aus Fasern, beispielsweise Naturfasern sowie Additiven und Bleichmitteln, z. B. Titandioxid (TiO₂) zur Weißfärbung.
Im nächsten Verfahrensschritt wird dieses bereitgestellte Dekorpapier in der digitalen Druckvorrichtung (103) mit einer UV-härtenden Druckfarbe bedruckt. Dabei werden Digitaldruckköpfe verwendet, die eine Düsenöffnungsgröße von 10–100 μm, besonders bevorzugt 15–40 μm, im Durchmesser haben. Von diesen Digitaldruckköpfen werden mindestens ein Druckkopf je Farbe, also bei einem Vier-Farbendruck mindestens vier Druckköpfe, in der Vorrichtung zur Verfügung gestellt. In einer alternativen Ausführungsform können aber auch je Farbe mehrere Druckköpfe in der Druckvorrichtung angeordnet sein, um eine größere Druckkapazität zu erreichen. In einer besonderen Ausführungsform können die Digitaldruckköpfe feststehend über den größten Teil oder die gesamte Breite des zu bedruckenden Mediums angeordnet sein. In diesem Fall bewegt sich das Papier unter den feststehenden Druckköpfen hinweg.
Die verwendete UV-Druckfarbe beinhaltet als Farbmittel Pigmente, also Festkörper, die eine hohe bis sehr hohe Farbstabilität haben. Diese Farbstabilität liegt nach der bekannten Woll-Skala bei Werten zwischen 5–8, besonders bevorzugt 6–8. Die Pigmente, die verwendet werden, haben eine durchschnittliche Teilchengröße von 0,01–5 μm, besonders bevorzugt 0,1–3 μm. Der Anteil der Pigmente bezogen auf das Gesamtgewicht der verwendeten strahlenhärtenden Digitaldruckfarbe beträgt 0,4–25%, besonders bevorzugt 1–10%.
Als weitere Bestandteile in der verwendeten digitalen Druckfarbe sind aushärtende, also polymerisierende Acrylate vorgesehen. Diese kommen bereits als Polymere oder Prepolymere vor sowie als Gemisch mit Monomeren, die eine niedrigere Viskosität haben und als reaktionsfähiges Verdünnungsmittel wirken. Diese Acrylate, also Polymere und Monomere, bilden den Hauptbestandteil der strahlungshärtenden UV-Druckfarbe.
Weitere Bestandteile sind einer oder mehrere Photoinitiatoren mit einem Gewichtsprozentsatz von 0,1–25%, besonders bevorzugt 1–10%. Als Photoinitiatoren kommen z. B. Triaryl-Sulfonium-Salze oder mit Diaryl-Jodonium-Salze in Frage. Es können aber auch andere Photoinitiatoren verwendet werden, die eine jeweils unterschiedliche Reaktionsgeschwindigkeit bei verschiedenen verwendeten Wellenlängen von eingesetzter UV-Strahlung darstellen.
Darüber hinaus kommen eine Reihe von unterschiedlicher Zusatzstoffe (Additive) zum Einsatz, die die physikalischen Eigenschaften der Druckfarbe (Viskosität, elektrische Leitfähigkeit, Stabilität, Homogenität) positiv beeinflussen.
Bei dem digitalen Bedrucken des eingesetzten Dekorpapiers mit der oben beschriebenen Digitaldruckfarbe nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Eindringtiefe der UV-Tinte in das Dekorpapier von 25–80%, besonders bevorzugt 40–70%, bezogen auf die Gesamtdicke des Dekorpapiers.
Dies ist für das erfindungsgemäße Verfahren deshalb wichtig, damit ein klares Druckbild entsteht und kein zu starkes Ineinanderlaufen der einzelnen digital gedruckten Tröpfchen bei zu großer Eindringtiefe. Bei einer zu geringen Eindringtiefe bildet sich allerdings sofort eine völlig undurchdringliche Schicht der dann polymerisierten Acrylate an der Oberfläche des Dekorpapiers, so dass eine weitere Verarbeitung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht mehr möglich ist.
In einer alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein leicht vorbeharztes Dekorpapier, z. B. mit einem Melaminharzgemisch, verwendet. Der Anteil Melaminharz nach dem Trocknen beträgt 2–3%, bevorzugt 5–15% (Gewichtsprozent). Bei diesem so vorbeharzten Papier wird eine Eindringtiefe der UV-Tinte bezogen auf die Gesamtdicke des Papiers von 10–50%, besonders bevorzugt 15–40%, erzeugt. Die verwendeten Dekorpapiere haben eine Dicke von 60–300 μm, besonders bevorzugt von 80–200 μm.
In dem nächsten Schritt wird das so bedruckte Dekorpapier unter einer UV-Strahlungsquelle einer UV-Bestrahlungseinheit 104 hindurchgeführt und damit die UV-Tinte ausgehärtet, d. h. es findet eine Vernetzung der in der UV-Tinte enthaltenen Acrylate statt. Diese Vernetzung kann vollständig sein, in einer alternativen Ausführungsform aber auch zu 50–95% durch geführt werden. Als Strahlungsquellen für das erfindungsgemäße Verfahren kommen sowohl UV-LEDs als auch herkömmliche UV-Strahler, jeweils mit einem Emissionsmaximum zwischen 150–380 mm, also je nach gewählten Photoinitiatoren im UV-A, UV-B oder UV-C-Bereich, in Frage.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform und mit Bezug auf 5 wird das erfindungsgemäß bedruckte und gehärtete Dekorpapier anschließend in einem mechanischen Verfahren perforiert, d. h. mit kleinen Löchern versehen, die ebenfalls ein verbessertes Eindringen der anschließend in der Imprägnierung verwendeten Melaminharze gewährleisten. Diese Perforierung kann z. B. mit einer Stachelwalze oder ähnlichen mechanischen Instrumenten stattfinden. Dabei ist der Durchmesser der Perforationslöcher in dem Papier nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zwischen 1 und 0,01 mm, besonders bevorzugt zwischen 0,5 und 0,05 mm, zu wählen. Die Perforationslöcher werden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren so gewählt, dass nach dem Schritt der Verpressung keine aus einiger Entfernung sichtbaren (Betrachtungsabstand 0,5–2 m) Löcher mehr übrig bleiben. Um eine gute Haftung der Schichten untereinander zu gewährleisten, beträgt der Abstand der Löcher bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zwischen 0,1 mm und 10 mm, bevorzugt zwischen 0,5 und 3 mm (jeweils von einem Loch zum nächsten).
Im nächsten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das so bedruckte und ausgehärtete Dekorpapier in einer Imprägniereinheit 105 mit einer wässrigen Melaminharzmischung imprägniert. Dabei werden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren vernetzbare aminoplastische Harze verwendet. In einer beispielhaften Ausführungsform kommen Kondensationsprodukte, also veretherte Produkte der von Melamin-, Harnstoff-Formaldehydmischungen oder Melamin-Formaldehydmischungen zum Einsatz. Dieser Harzmischung wird ein Härter, üblicherweise 0,01–2,5% (Gewichtsprozent) bezogen auf die fertige Harzmischung zugesetzt. Als Härter kommen z. B. organische Sulfonsäuren oder Carbonsäuren zum Einsatz. Dieser wässrigen Harzmischung mit einem Feststoffgehalt von 40–70% bezogen auf die wässrige Lösung wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren dann ein Netzmittel in einer Konzentration von 0,02–2% bezogen auf das Gesamtgewicht, besonders bevorzugt 0,1–0,5%, zugesetzt.
Als Netzmittel nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können anionische oder kationische Tenside zum Einsatz kommen. In einer beispielhafte Ausführungsform für anionische Tenside können z. B. Natrium-, Kalium-, Almoniumsalze der sulfonischen Säure, sulfonierte Fettalkohole oder ethoxylierte Fettalkohole zum Einsatz kommen, als kationische Tenside in einer beispielhaften Ausführungsform z. B. Polyethylenglykol oder Polyvenylalkohol.
Diese Netzmittel verringern die Oberflächenspannung zwischen dem bedruckten Dekorpapier 3 und dem zum Einsatz kommenden Harz bei der Imprägnierung und bewirken somit eine ausreichende Durchtränkung des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bedruckten Dekorpapiers 3 mit dem Harzgemisch 19.
In einer alternativen Ausführungsform kann das bedruckte und mit UV-Strahlen ausgehärtete Dekorpapier 3 auch nicht imprägniert bleiben und ausschließlich ein unbedrucktes Overlay 17 und/oder ein unbedrucktes Underlaypapier 17, also ein weißes, später nach der Verpressung transparentes Papier, mit der dargestellten wässrigen Harzmischung und dem Netzmittelzusatz imprägniert werden. Dabei wird das Overlay 17 und Underlaypapier 17' durch eine Beschichtungseinheit 107 auf der Oberfläche des Dekorpapieres 3 angeordnet. In dieser dargestellten Ausprägungsform erzielt das zugegebene Netzmittel einen guten Harzfluß aus dem Overlay und/oder Underlay-Papier 17 in das nicht beharzte aber mit der UV-Tinte 6 bedruckte Dekorpapier 3 während des Pressvorgangs in einer Heizpresse.
Nach dem Schritt des Imprägnierens, welcher nach der Tränkung des Dekorpapiers und/oder des Overlay- bzw. Underlay-Papiers mit der dargestellten Harzmischung und einer anschließenden Trocknung des beharzten Papiers auf einen Restfeuchtegehalt von ca. 3–20% (Gewichtsprozent), besonders bevorzugt 5–10% (Gewichtsprozent), beendet ist, folgt das Aushärtens des Harzes.
In dem abschließenden Verfahrensschritt wird ein Paketaufbau aus einer Holzwerkstoffträgerplatte 13 gebildet, die ein oder beidseitig mit dem bedruckten und imprägnierten Dekorpapier 3 belegt wird.
In einer alternativen Ausführungsform wird die Holzwerkstoffplatte 13 mit dem bedruckten aber nicht imprägnierten Dekorpapier 3 belegt, wobei zwischen Dekorpapier und Holzwerkstoffplatte noch ein mit Harzmischung und Netzmittel imprägniertes Underlay-Papier 17 gelegt wird.
In einer alternativen Ausführungsform kann auf das so gebildete Paket noch ein mit Harzmischung und Netzmittel imprägniertes Overlay-Papier 17 gelegt werden. Die gleiche Paketbildung kann auf die Unterseite der Holzwerkstoffplatte gelegt werden. Dieses so aus verschiedenen Schichten zusammengelegte Paket wird dann in einer Heißpresse 106 unter einem Druck von 20–60 bar, besonders bevorzugt 30–40 bar, und einer Temperatur von 150–230°C, besonders bevorzugt 170–200°C, verpresst.
Dabei können glatte oder strukturierte Prägebleche 110 zum Einsatz kommen, die die Oberfläche des gebildeten Paketes bearbeiten bzw. strukturieren. Während dieses Pressvorgangs wird innerhalb der ersten Sekunden das wässrige angetrocknete Harzgemisch flüssig und bildet anschließend einen komplett durchtränkten Verbund zwischen den verschiedenen Papierschichten und der obersten Deckschicht in der Holzwerkstoffplatte (Spanplatte, MDF- oder HDF-Platte). In den weiteren Sekunden des Pressvorgangs, der üblicherweise zwischen 5 und 30 Sekunden dauert, härtet das Melaminharz aus (es polymerisiert) und bildet eine irreversibel ausgehärtete, sehr widerstandsfähige Oberfläche.
In einer alternativen Ausführungsform kann das obere oder eines der oberen imprägnierten aber nicht bedruckten Papiere zusätzlich mit einem Korund 21 (Al₂O₃) oder anderen Festkörpern versehen sein, um die Abriebsfestigkeit des erzeugten Produktes, z. B. für den Einsatz als Laminatfußboden, zu erhöhen.
Ebenso kann in einer alternativen Ausführungsform zur Verpressung anstelle einer Kurztaktpresse 15 eine kontinuierliche Doppelbandpresse 14 mit einem entsprechenden Prägeband, üblicherweise einem verchromten Stahlband, zum Einsatz kommen.
Bezugszeichenliste

1: Druckvorrichtung
2: Rolle
3: Dekorpapier
4: Drucker
5: Druckköpfe
6: Druckfarbe
7: UV-Leuchtmittel
8: Rolle
9: Harzbad
10: Quetschwalze
11: Trockner
12: Rolle
13: Holzwerkstoffplatte
14: Doppelbandpresse
15: Rolle
16: Kurztaktpresse
17: Overlaypapier
17': Underlaypapier
18: Dekorpapier
19: Harzgemisch
20: Holzwerkstückplatte
101: Recheneinheit
102: Zuführeinheit
103: digitale Druckeinheit
104: UV-Bestrahlungseinheit
105: Imprägniereinheit
106: Heizpresse
107, 108: Beschichtungseinheit
110: Prägebleche
21: Korundteilchen
23: Rolle
24: Stachelwalze
25: Gegendruckwalze
26: Rolle
27: Oberflächenstruktur
28: Netzmittel
29: Löcher

Claims

Verfahren zur Herstellung eines digitalbedruckten flächigen, bahnförmigen oder plattenförmigen Werkstückes (3, 20) mit abriebfester Oberfläche, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: A) Bereitstellen eines digitalen Datensatzes für ein Dekorbild für eine digitale Druckvorrichtung (1); B) Zuführen eines bedruckbaren Werkstückes (3, 20) zu der Druckvorrichtung (1); C) Digitales Bedrucken mittels der Druckvorrichtung (1) unter Verwendung mindestens einer durch Bestrahlung aushärtenden acrylathaltigen Druckfarbe (6); D) Aushärten der Druckfarbe (6); E) Imprägnieren des bedruckten Werkstückes (3, 20) mit einem netzmittelhaltigen Harzgemisch (19); und F) Aushärten des netzmittelhaltigen Harzgemisches (19) mittels einer Heizpresse (14, 15, 106).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, zum Imprägnieren ein netzmittelhaltiges Harzgemisch mit einem Anteil an Netzmittel von 0,02–2 Gewichtsprozenten, vorzugsweise 0,1–0,5 Gewichtsprozenten, bezogen auf das Gesamtgewicht des netzmittelhaltigen Harzgemisches, verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Imprägnieren ein netzmittelhaltiges Harzgemisch, wobei das Netzmittel zumindest ein Tensid oder ein Tensidgemisch enthält, verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die acrylathaltigen Druckfarbe unter UV-Strahlung ausgehärtet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das digitale Bedrucken in Schritt C) unter Verwendung mindestens einer durch Bestrahlung aushärtenden acrylathaltigen Druckfarbe (6), welche zumindest einen Photoinitiator aufweist, erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das digitale Bedrucken in Schritt C) unter Verwendung der mindestens einen durch Bestrahlung aushärtenden Druckfarbe (6) erfolgt, die eine Eindringtiefe von mindestens 10 μm in ein zellulosehaltiges Werkstück (3, 20) aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die UV-aushärtenden Druckfarbe (6) während des Aushärtens durch eine entsprechend geringere Strahlendosis nur teilweise vernetzt wird, bevorzugt zu 20–80%, besonders bevorzug zu 30–65%.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Imprägnieren des digital bedruckten Werkstückes zumindest eine mit einem netzmittelhaltigem Harzgemisch imprägnierte Werkstofflage (17) zumindest einseitig auf das Werkstückes (3, 20) aufgebracht und anschließend mittels einer Heizpresse ausgehärtet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Schritt des Imprägnieren des bedruckten Werkstückes (3, 20) mit dem netzmittelhaltigen Harzgemisch (19) ein Aufbringen des Werkstückes (3, 20) ober- oder unterhalb einer oder mehrerer Werkstofflagen (13) erfolgt und während des Aushärtens ein Verbinden des Werkstücks (3, 20) mit der Werkstofflage (13) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Schritt des Imprägnierens des bedruckten Werkstückes (3, 20) mit dem netzmittelhaltigen Harzgemisch (19) ein anschließendes Vortrocknen des Harzgemisches (19) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Imprägnierendes bedruckten Werkstückes (3, 20) oder der unbedruckten Werkstofflage (17) ein netzmittelhaltiges Harzgemisch (19) auf Melaminharzbasis und/oder Phenolharzbasis eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aushärten weitere imprägnierte Werkstofflagen (17), insbesondere Papierlagen, zumindest einseitig auf dem bedruckten imprägnierten Werkstück (3, 20) oder der einen oder mehreren Werkstofflage (13) angeordnet werden.
Verfahren nacheinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während oder nach dem Aushärten des netzmittelhaltigen Harzgemisches eine Oberflächenbearbeitung zur Herstellung eines dekorativen Laminats erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass je Pressvorgang der Kurztaktpresse (15) die Schichtabfolge aus einer oder mehreren imprägnierten Werkstofflagen, insbesondere Papierlagen (17), eine Lage des vorab bedruckten und gegebenenfalls imprägnierten Werkstückes (3, 20) und eine weitere Werkstofflage, insbesondere eine Holzwerkstoffplatte (13), zu einer festen, ausgehärteten Einheit verpresst werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das bedruckte Werkstück (3, 20) nach dem Bedrucken und vor oder nach der dem Aushärten der Druckfarbe (6) mechanisch perforiert wird oder das zu bedruckende Werkstück (3, 20) vor dem Bedrucken mechanisch perforiert wird.