EP1205820A1 - Verfahren zum Bedrucken eines thermoplastischen Kunststoffes - Google Patents

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EP1205820A1
EP1205820A1 EP00124176A EP00124176A EP1205820A1 EP 1205820 A1 EP1205820 A1 EP 1205820A1 EP 00124176 A EP00124176 A EP 00124176A EP 00124176 A EP00124176 A EP 00124176A EP 1205820 A1 EP1205820 A1 EP 1205820A1
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EP
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toner
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thermoplastic
colorant
processed
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Withdrawn
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EP00124176A
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English (en)
French (fr)
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Michael Zimmer
Bernd Schultheis
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ZIMMER, MICHAEL
AGC Inc
Original Assignee
Carl Zeiss AG
Schott Glaswerke AG
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Publication date
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    • G03G13/00—Electrographic processes using a charge pattern
    • G03G13/14—Transferring a pattern to a second base
    • G03G13/16—Transferring a pattern to a second base of a toner pattern, e.g. a powder pattern
    • G—PHYSICS
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    • G03G9/0928—Compounds capable to generate colouring agents by chemical reaction

Definitions

  • the invention relates to a method for printing a thermoplastic Material, with a colorant applied to the surface of the material and then brought to hardening.
  • thermoplastic Plastic applied.
  • the solvent evaporates so that the paint hardens can.
  • Some time after the production of the thermoplastic material arise between the workpiece surface and the one that is difficult to estimate beforehand Color chemical reactions that adversely affect the adhesion of the paint influence.
  • thermoplastic is used as the colorant Toner containing toner particles on electrographic or electrostatic Path is applied to the surface of the material, and that the Toner and / or at least part of the surface of the material in one Reaction state can be transferred by the toner with the surface firm connection.
  • thermoplastic toner particles bond firmly to the material a, which later in the hardened state is not easy again can be solved. This allows a permanent connection of the colorant can be achieved. Because the colorant is in the form of a toner electrographically or electrostatically applied to the material , a flexible printing process is possible because in the smallest lot sizes too elaborate print images can be produced.
  • the surface of the material by means of thermal energy in the liquid or doughy condition.
  • thermoplastic material in a molding machine under the influence of temperature is processed that the processed material following the shaping process at least in parts of its surface Formation of the reaction state is heated or under the influence of temperature is maintained at this reaction state, and then the toner is applied to the surface to be printed.
  • the So connect the printing process directly to the shaping process.
  • thermoplastic material in a molding machine Effect of temperature is processed that the processed material in Connection to the molding process for curing (state Z1) and that subsequently the hardened material of a temperature control device is supplied and in this at least in parts of its surface is brought to the reaction state.
  • the toner can either be by means of a Temperature control device can be converted into the reaction state, or the toner is converted from the thermal energy present in the material to the reaction state transferred.
  • thermoplastic material in a molding machine under the influence of temperature is processed that the processed material following the molding process is cured (state Z1) that the Toner in a temperature control device before application to the one to be coated Surface of the material is checked in the reaction state, and that the surface of the heated toner is partially in the reaction state is transferred.
  • thermoplastic toner particles preferably consist of the same Material like the material to be coated.
  • a material 10 is in the raw state fed to a molding machine 11.
  • the molding machine can, for example an injection molding machine, an extruder or the like.
  • the molding machine 11 is assigned a temperature control device 14. through This tempering device 14 is the material 10 in the liquid or transferred pasty state.
  • This tempering device 14 is the material 10 in the liquid or transferred pasty state.
  • the printing of all or part of the material surface For this is distinguished in the process diagram into two states Z1 and Z2.
  • state Z1 the material is brought to complete hardening.
  • the hardened material can then be transported or, for example be edited.
  • At least in this temperature control device 12 the surface to be printed on the material 10 by means of thermal energy in transferred a doughy or liquid reaction state.
  • a Printing device 13 can apply a toner to the surface to be printed become.
  • the toner contains thermoplastic toner particles and color pigments. If the toner is designed as a one-component toner, then in the Toner also contains clarification control agents. That is also conceivable Using a two-component toner that a developer in the form of ferromagnetic particles is added.
  • This toner is applied electrographically or electrostatically to the surface of the Applied material. It is conceivable that the toner is in its raw state is applied directly to the surface of the material or that the Toner in the liquid or dough by means of a temperature control device 14 Reaction state is transferred.
  • the toner can either be before or after Temperature control device 12, in which the hardened material 10 heats up will be admitted. If the toner is in the raw state, i.e. not over the Temperature control device 14 supplied to the material, so the transfer takes place the toner into the reaction state either with the temperature control device 12 or directly through the contact of the heated material 10. After the toner is applied to the material 10 and in the reaction state was transferred, this combines with the material 10 into one solid composition.
  • the hardened material 10 is not the temperature control device 12 is fed, as shown in the process diagram. On The material 10 is then given a toner that is previously in the reaction state was transferred by means of the temperature control device 14. by virtue of the temperature level of the toner becomes the surface of the material 10 local melted so that the colorant binds to the surface, can sink into them in particular.
  • the material 10 is connected to the molding machine 11 is subjected directly to the color treatment. At least that is Surface of the material 10 still in the uncured state Z2. Possibly can maintain this state with an additional heater 17 be preserved.
  • the surface of the material 10 can then again a toner can be applied with the printing device 13.
  • the toner can either applied to the surface in its raw state or it can be pretreated beforehand with the temperature control device 14.
  • thermoplastic toner particles preferably exist of the toner made of the same material as the material 10 to thereby to achieve a uniform material composition. It is preferred applied the method according to the invention for the following materials: polyethylene, Polypropylene, polystyrene, polycarbonate and ABS.
  • Examples of possible applications for the new printing process are the decoration of polycarbonate screens for household appliances, the label printing Compact disk, including barcodes, serial no. or date of manufacture.
  • thermoplastic material from the hardened state in the reaction state can be designed as an infrared radiator or as a laser only heat the near-surface layers of material 10. hereby deformation problems that arise as a result of the heat input revealed, prevented.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bedrucken eines thermoplastischen Werkstoffes, wobei auf die Oberfläche des Werkstoffes (10) ein Farbmittel aufgebracht und anschließend zur Aushärtung gebracht wird. Um eine dauerhafte Farbgebung auf dem zu bedruckenden Werkstoff (10) zu erzielen, kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass als Farbmittel ein thermoplastische Tonerteilchen aufweisender Toner auf elektrographischem oder elektrostatischem Weg auf die Oberfläche des Werkstoffes (10) aufgebracht wird, und dass der Toner und/oder zumindest ein Teil der Oberfläche des Werkstoffes (10) in einen Reaktionszustand überführt werden, indem der Toner mit der Oberfläche des Werkstoffes (10) eine feste Verbindung eingeht. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bedrucken eines thermoplastischen Werkstoffes, wobei auf die Oberfläche des Werkstoffes ein Farbmittel aufgebracht 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 aushärten kann. Einige Zeit nach der Fertigung des thermoplastischen Werkstoffes entstehen zwischen der Werkstückoberfläche und der nur schwer vorher abschätzbare Farbe chemische Reaktionen, die die Haftwirkung der Farbe nachteilig beeinflussen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art zu schaffen, mit dem eine dauerhafte Farbgebung auf dem zu bedruckenden Werkstoff erzielt werden kann.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, 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.
Die thermoplastischen Tonerteilchen gehen mit dem Werkstoff eine feste Verbindung 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 Temperatureinwirkung 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 Temperiereinrichtung 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 Formgebungsprozess abgekoppelt ist. Dabei kann dann 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), dass der Toner in einer Temperiereinrichtung vor dem Aufbringen auf die zu beschichtende Oberfläche des Werkstoffes in den Reaktionszustand überprüft wird, und dass die Oberfläche von dem erwärmten Toner teilweise in den Reaktionszustand überführt wird.
Um eine sichere Asuhärtung des Farbmittels zu gewährleisten, kann vorgesehen sein, dass im Anschluss an den Farbgebungsprozess, nachdem sich das Farbmittel mit der Oberfläche des Werkstoffes verbunden hat, dieser in einer Abkühlstrecke zusammen mit dem Farbmittel in den ausgehärteten Zustand gebracht 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 beispielsweise eine Spritzgussmaschine, ein Extruder oder dgl. sein. Der Formgebungsmaschine 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. Gemäß dem Zustand Z1 wird der Werkstoff zur vollständigen Aushärtung gebracht. Der ausgehärtete Werkstoff kann dann transportiert oder beispielsweise zwischenbearbeitet werden. Anschließend wird er dann einer Temperierungseinrichtung 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 aufgebracht werden. Der Toner enthält thermoplastische Tonerteilchen und Farbpigmente. 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 Rohzustand 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 Überführung des Toners in den Reaktionszustand entweder mit der Temperierungseinrichtung 12 oder direkt durch den Kontakt des erwärmten Werkstoffes 10. Nachdem der Toner auf den Werkstoff 10 aufgebracht und in den Reaktionszustand überführt wurde, verbindet sich dieser mit dem Werkstoff 10 zu einer festen Komposition.
Denkbar ist auch, dass der ausgehärtete Werkstoff 10 nicht der Temperierungseinrichtung 12 zugeleitet wird, wie dies im Verfahrensschema gezeigt ist. Auf den Werkstoff 10 wird dann ein Toner aufgegeben, der vorher in den Reaktionszustand mittels der Temperierungseinrichtung 14 überführt wurde. Aufgrund des Temperaturniveaus des Toners wird die Oberfläche des Werkstoffes 10 lokal 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 Formgebungsmaschine 11 direkt der Farbbehandlung unterzogen wird. Dabei liegt zumindest die Oberfläche des Werkstoffes 10 noch im unausgehärteten Zustand Z2 vor. Gegebenenfalls 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 Tonerteilchen 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: Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol, Polycarbonat und ABS.
Denkbare Anwendungsbeispiele für das neue Druckverfahren sind beispielsweise die Dekoration von Polycarbonat-Blenden für Hausgeräte, die Labelbedruckung von Compact-Disk, inklusive Barcodes, Serien-Nr. oder Herstelldatum.
Weiterhin ist denkbar, Polypropylen-Stegplatten mit kundenspezifischen Bedruckungen zu versehen (z.B. für die Getränke-Industrie). In der Pharmaindustrie kann eine individuelle Chargen-Kennzeichnung an Kunststoff-Verpackungen angedruckt werden. Zur Überführung des thermoplastischen Werkstoffes aus dem ausgehärteten Zustand in den Reaktionszustand können die Temperierungseinrichtungen 12, 14, 17 als Infrarot-Strahler oder als Laser ausgebildet sein, die lediglich die oberflächennahen Schichten des Werkstoffes 10 erwärmen. Hierdurch werden Verformungsproblematiken, die sich infolge der Wärmeeinbringung 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 Oberfläche des Werkstoffes (10) aufgebracht wird, und
    dass der Toner und/oder zumindest ein Teil der Oberfläche des Werkstoffes (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 flüssigen 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 Formgebungsprozess zumindest in Teilbereichen seiner Oberfläche noch zur Bildung des Reaktionszustandes (Zustand Z2) erwärmt ist oder unter Temperatureinwirkung auf diesem Reaktionszustand (Zustand Z2) gehalten wird, und
    dass anschließend der Toner auf die zu bedruckende Oberfläche aufgebracht 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 Formgebungsprozess (11) zur Aushärtung gebracht wird (Zustand Z1) und
    dass anschließend der ausgehärtete Werkstoff (10) einer Temperiereinrichtung (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 Reaktionszustand 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 Formgebungsprozess (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 Reaktionszustand überprüft wird, und
    dass die Oberfläche von dem erwärmten Toner teilweise in den Reaktionszustand überführt wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass im Anschluss an den Farbgebungsprozess, nachdem sich das Farbmittel mit der Oberfläche des Werkstoffes (10) verbunden hat, dieser in einer Abkühlstrecke (15) zusammen mit dem Farbmittel in den ausgehärteten 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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