Härtung einer auf einem Substrat angeordneten Maserdruckbeschichtung

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Härtung einer auf einem Substrat angeordneten Maserdruckbeschichtung (4) und/oder eines UV-Decklackes, welche mindestens einen Fotoinitiator aufweisen, wobei das mit der Maserdruckbeschichtung (4) und/oder dem UV-Decklack beschichtete Substrat (3) mit der Strahlung einer UV-Lichtquelle (1), insbesondere mit Wellenlängen zwischen 300 nm und 420 nm, bestrahlt wird, wobei die UV-Lichtquelle (1) mindestens eine Wellenlänge im Bereich des Absorptionsspektrums des Fotoinitiators aufweist. Um die Nachteile der im Stand der Technik verwendeten Quecksilberdampflampen zu vermeiden, schlägt die Erfindung vor, dass zur Bestrahlung der Maserdruckbeschichtung (4) und/oder des UV-Decklackes als UV-Lichtquelle (1) ein Array von UV-LEDs (2) eingesetzt wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Härtung einer auf einem Substrat angeordneten Maserdruckbeschichtung und/oder eines UV-Decklackes, welche mindestens einen Fotoinitiator aufweisen, wobei das mit der Maserdruckbeschichtung und/oder dem UV-Decklack beschichtete Substrat mit der Strahlung einer UV-Lichtquelle, insbesondere mit Wellenlängen zwischen 300 nm und 420 nm, bestrahlt wird, wobei die UV-Lichtquelle mindestens eine Wellenlänge im Bereich des Absorptionsspektrums des Fotoinitiators aufweist.

[0002] Die Technik des sogenannten Maserdruckes gestattet es, beispielsweise Platten, Leisten oder Profilen und dgl. eine Oberflächenstruktur zu verleihen, die beispielsweise der Oberfläche von natürlichem Holz oder auch Natursteinen nachgebildet ist. Dabei werden die Substrate mittels indirektem Tiefdruck (Offset-Verfahren) mit einem Dekor bedruckt, welches aus Lack oder Tinte besteht und bei Bestrahlung mit UV-Licht aushärtet. Zur Veredelung können anschließend noch farblose UV-Matt- oder UV-Glanzlacke als Oberflächenbeschichtung aufgetragen werden. Dadurch können beispielsweise PVC-Platten hergestellt werden, die als Wandverkleidungen oder auch Fußleisten genutzt werden können. Im Stand der Technik kommen zur Aushärtung der Lack- oder Tintenzusammensetzung bisher herkömmliche UV-Lampen zum Einsatz. Diese herkömmlichen UV-Lampen emittieren Strahlung mit Wellenlängen zwischen ca. 320 µm bis 420 µm. Die für die Maserdruckbeschichtung verwendeten Lacke und/oder Tinten weisen dazu korrespondierend eine Mehrzahl von Fotoinitiatoren auf, wobei ein jeder Fotoinitiator Licht einer bestimmten Wellenlänge bzw. eines bestimmten Wellenlängenspektrums absorbiert. In Kombination der eingesetzten Fotoinitiatoren kann somit das Wellenlängenspektrum einer herkömmlichen UV-Lampe abgedeckt werden, so dass sichergestellt ist, dass unabhängig von den vom Verwender eingesetzten UV-Lampen eine vollständige Aushärtung der eingesetzten Beschichtung erzielt werden kann.

[0003] Die vorgenannten UV-Lampen emittieren jedoch ebenso Wärmestrahlung, welche das beschichtete Substrat erwärmen und somit schädigen können. Dadurch ist in der Praxis die Anzahl der zum Einsatz kommenden UV-Lampen beschränkt, was wiederum die Geschwindigkeit der Produktion reduziert. Darüber hinaus sind die im Stand der Technik verwendeten UV-Lampen zumeist dotierte oder undotierte Quecksilber-Hochdruckstrahler, welche eine gewisse Vorlauf- und auch eine gewisse Nachlaufzeit benötigen, was ebenfalls die für die Produktion erforderliche Zeit erhöht. Darüber hinaus weisen diese eine relativ kurze Lebensdauer sowie einen Leistungsverlust im Laufe derselben auf.

[0004] Daneben existieren im Stand der Technik Verfahren zur Aushärtung von Fotoinitiatoren aufweisenden Beschichtungen, welche beispielsweise zur Beschichtung von thermosensitivem Papier oder auch als Verbindungsmaterialien in der Zahntechnik, Chirurgie usw. eingesetzt werden.

[0005] Diesbezüglich beschreibt beispielsweise die Druckschrift US 2005/0062830 eine Vorrichtung mit LED-Arrays, die in Breitenrichtung in Übereinstimmung mit der Breite von wärmeempfindlichem Aufzeichnungspapier ausgebildet ist. Dabei sind die einzelnen LEDs innerhalb des Arrays so angeordnet und ausgerichtet, dass das von ihnen emittierte Licht gleichmäßig in Breitenrichtung des Aufzeichnungspapiers verteilt wird und somit Ungleichmäßigkeiten vermieden werden. Dabei ist die Größe des LED-Arrays genau an die Breite des Aufzeichnungspapiers angepasst. Ein in Verbindung mit den LEDs verwendeter Reflektor sorgt zudem für eine gerichtete Bestrahlung des Aufzeichnungspapiers.

[0006] Die Druckschriften EP 2 390 102 und WO 2007/096824 betreffen ebenso Anordnungen von UV-LEDs, welche zum Aushärten von mit Fotoinitiatoren versehenen Beschichtungen genutzt werden. Diese Anordnungen fokussieren das Licht der UV-LEDs gezielt mit Hilfe von Reflektoren und Linsen auf eine bestimmte Stelle des beschichteten Substrats.

[0007] Es ist ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Härtung einer auf einem Substrat angeordneten

[0008] Maserdruckbeschichtung zu schaffen, welches die vorgenannten Probleme in Bezug auf die hohe Störanfälligkeit und geringe Lebensdauer herkömmlicher UV-Lampen vermeidet, und zudem eine leichte und kostengünstige Variation der Beleuchtungsstärke während des Härtungsprozesses ermöglicht und insbesondere die Beleuchtung unkompliziert an unterschiedlich große Substrate anpasst.

[0009] Zur Lösung der vorgenannten Aufgabe sieht die Erfindung vor, dass zur Bestrahlung der Maserdruckbeschichtung als UV-Lichtquelle ein Array von UV-LEDs eingesetzt wird.

[0010] Die Verwendung von UV-LEDs zur Härtung der Maserdruckbeschichtung weist den Vorteil auf, dass diese monochromatische Strahlung emittieren, so dass die Emission von Wärmestrahlung verhindert wird. Somit können beliebig viele UV-LEDs eingesetzt werden, ohne dass dadurch die Wärmestrahlung erhöht wird. Eine Schädigung des Substrats wird zuverlässig verhindert. LEDs besitzen zudem den Vorteil, dass sie keine Vorlauf- und/oder Nachlaufzeiten benötigen, so dass insgesamt eine schnellere Härtung der Beschichtung möglich ist. Auch weisen LEDs eine etwa zehnmal höhere Lebensdauer auf als herkömmliche gasbetriebene UV-Lampen, so dass Wartungsarbeiten minimiert werden können. Ein Leistungsverlust während der Lebensdauer der UV-LEDs tritt ebenfalls nicht auf. Auch beeinträchtigt der Ausfall lediglich einzelner LEDs innerhalb des LED-Arrays nicht die homogene und vollständige Härtung der Beschichtung. Weitere Vorteile der UV-LEDs gegenüber herkömmlichen UV-Lampen sind, dass diese bei gleicher Leistung einen geringeren Energieverbrauch aufweisen. Zudem enthalten UV-LEDs kein giftiges Quecksilber und es entsteht kein giftiges Ozon-Gas, da die Wellenlänge der UV-LEDs stets größer als 280 nm ist. Zurzeit existieren auf dem Markt Halbleiter-LEDs im monochromatischen Wellenlängenbereich von 365 nm, 375 nm, 385 nm, 395 nm und 405 nm. Jedoch werden in Zukunft auch Wellenlängen im Bereich von 280 nm bis 360 nm verfügbar sein.

[0011] Da die UV-LEDs grundsätzlich monochromatisches Licht abgeben, kann der Fotoinitiator der Maserdruckbeschichtung auf den jeweils zum Einsatz kommenden LED-Typ abgestimmt werden. Somit kann insgesamt die Zusammensetzung der Maserdruckbeschichtung vereinfacht werden, so dass eine Kostenreduzierung dadurch erreicht wird, dass nicht für sämtliche Lichtwellenlängen entsprechende Fotoinitiatoren vorzusehen sind. Sofern jedoch für die Härtung der Maserdruckbeschichtung auch unterschiedliche UV-LED-Typen zum Einsatz kommen sollen, die mehr als eine UV-Wellenlänge abstrahlen, kann die auf das Substrat aufgebrachte Maserdruckbeschichtung eine Mehrzahl von Fotoinitiatoren aufweisen, so dass im Wesentlichen für jede emittierte Wellenlänge ein Fotoinitiator mit dazu korrespondierendem Absorptionsmaximum vorgesehen ist. Es empiehlt sich beispielsweise, UV-LEDs mit Wellenlängen von 365 nm, 395 nm und 405 nm zu kombinieren.

[0012] Schließlich lässt sich mit einem Array aus einer Vielzahl von UV-LEDs im Gegensatz zu den herkömmlichen UV-Lampen eine präzisere Strahlungsdichte auf der Oberfläche des Substrates und damit auch der Maserdruckbeschichtung erreichen, so dass insgesamt eine homogene Aushärtung der Beschichtung erreicht wird.

[0013] Es ist weiterhin vorgesehen, dass in Abhängigkeit der Größe des Substrats die im Randbereich des UV-LED-Arrays über das Substrat hinausweisenden UV-LEDs oder UV-LED-Packungen abgeschaltet werden. Dabei lässt sich ganz gezielt insbesondere die Breite des LED-Arrays an die Breite des mit der Maserdruckbeschichtung beschichteten Substrats anpassen. So kann beispielsweise ein UV-LED-Array vorbestimmter Breite vorgesehen sein, das über eine Vielzahl von in Reihe hintereinander und nebeneinander angeordneten UV-LEDs verfügt. Je nach der Breite des zu bestrahlenden Substrats werden entsprechend viele LED-Spalten aktiviert. Nicht benötigte LED-Spalten bleiben dagegen ausgeschaltet. Dadurch können in Abhängigkeit des jeweiligen Substrats die tatsächlich für einen Aushärtungsvorgang benötigten LEDs aktiviert bzw. deaktiviert werden. Dadurch ergibt sich nicht zuletzt ein geringerer Energiebedarf.

[0014] Es ist weiterhin vorgesehen, dass die Austrittsöffnungen der UV-LEDs im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche des Substrats ausgerichtet werden, so dass die emittierte Strahlung auf direktem Strahlwege auf das Substrat trifft. Gemäß dieser Anordnung wird es möglich, die Maserdruckbeschichtung direkt und homogen mit UV-Licht zu bestrahlen, so dass die auf dem Substrat aufgebrachte Beschichtung gleichmäßig ausgehärtet werden kann. Da die Erfindung somit zudem ohne Reflektoren und/oder Linsen zur Ausrichtung und Fokussierung der Strahlung auskommt, können die einzelnen UV-LEDs näher an die zu bestrahlende Maserdruckbeschichtung herangeführt werden. Im Gegensatz zu dem zuvor genannten Stand der Technik unter Verwendung von UV-LED-Arrays werden gemäß der hier gezeigten Erfindung keine Reflektoren eingesetzt, die das von den UV-LEDs emittierte Licht über eine Reflektionsfläche, beispielsweise ein Gehäuse, auf das Substrat leiten. Somit entfällt gemäß der Erfindung die im Stand der Technik von Zeit zu Zeit notwendige Reinigung der Reflektoren oder auch deren Nachjustage, da diese sich im Laufe der Zeit dejustieren können. Nicht zuletzt wird mit der Erfindung ebenfalls eine gleichmäßigere Bestrahlung des Substrates ermöglicht, welche bei der Verwendung von Reflektoren gar nicht stattfinden kann.

[0015] Es ist weiterhin vorgesehen, dass die UV-LEDs in einem Abstand von wenigen Millimetern zu der Oberfläche des Substrats angeordnet werden. Hierdurch lässt sich insgesamt der benötigte Bauraum reduzieren, so dass auch eine Vielzahl von UV-LEDs oder sogar UV-LED-Arrays platzsparend nebeneinander angeordnet werden kann.

[0016] Neben dem zuvor dargestellten erfindungsgemäßen Verfahren zur Härtung einer auf einem Substrat angeordneten Maserdruckbeschichtung wird mit der Erfindung ebenso ausdrücklich speziell die Verwendung eines UV-LED-Arrays für die Härtung einer auf einem Substrat angeordneten Maserdruckbeschichtung unter Schutz gestellt, wobei die Maserdruckbeschichtung mindestens einen Fotoinitiator aufweist, und wobei das UV-LED-Array eine Vielzahl von UV-LEDs oder UV-LED-Packungen aufweist, deren emittierte Strahlung mindestens eine Wellenlänge im Bereich des Absorptionsspektrums des Fotoinitiators aufweist.

[0017] Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dieses Ausführungsbeispiel betrifft die Beschichtung eines Substrates mit einer Maserdruckbeschichtung, welche die Optik einer Holzmaserung oder auch einer Natursteinmaserung aufweisen soll. Es zeigen:

Fig. 1

ein UV-LED-Arrray in einer Ansicht von unten;

Fig. 2

ein von einem UV-LED-Array bestrahltes Substrat in Seitenansicht.

[0018] Zuerst wird das Substrat 3 mit der Maserdruckbeschichtung 4, welche einen Lack oder auch eine Tinte aufweisen kann, beschichtet. Diese Beschichtung 4 weist eine oder auch mehrere Fotoinitiatoren gleichzeitig auf, welche mit Lichtstrahlung je einer (oder auch mehrerer) bestimmten Wellenlänge aktiviert werden können, um zur Aushärtung der Beschichtung 4 zu führen.

[0019] Für die Härtung der Maserdruckbeschichtung 4 nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Substrat 3 mit der Strahlung eines UV-LED-Arrays 1 bestrahlt. Das UV-LED-Array 1 weist dabei rasterförmig angeordnete UV-LEDs 2 auf, welche in Spalten und Zeilen ausgerichtet sind. Je nach der Breite des beschichteten Substrats 3 werden im Randbereich des UV-LED-Arrays 1 über das Substrat 3 hinausweisende UV-LEDs 2 abgeschaltet, so dass nur diejenigen UV-LEDs 2 angeschaltet sind, welche sich direkt über der Oberfläche des Substrats 3 befinden. Für den Härtungsvorgang wird nun das Substrat 3 bzw. die darauf angeordnete Maserdruckbeschichtung 4 mit der von den UV-LEDs 2 emittierten UV-Strahlung bestrahlt. Die UV-LEDs 2 emittieren dabei Strahlung je einer (oder auch mehrerer) Wellenlängen. Der zu der jeweiligen Strahlungswellenlänge korrespondierende Fotoinitiator absorbiert den jeweiligen Strahlungsanteil und initiiert dabei die Aushärtung der Beschichtung 4. Durch die Anordnung der UV-LEDs 2 in der Art, dass deren Austrittsöffnungen in Richtung des Substrats 3 weisen, wird das Substrat 3 verlustfrei und direkt bestrahlt, so dass sich eine besonders schnelle und homogene Härtung der Maserdruckbeschichtung 4 ergibt. Während des Härtungsvorgangs kann das Substrat 3 vorteilhaft auch kontinuierlich über bzw. unter dem UV-LED-Array 1 - wie auf einem Fließband - hindurchgezogen werden. Das ausgehärtete Produkt ist anschließend einsatzbereit.

[0020] Insgesamt wird somit durch die Erfindung eine besonders platzsparende und kostengünstige Lösung zur Härtung einer auf einem Substrat 3 aufgebrachten Maserdruckbeschichtung 4 geschaffen. Dabei wird das beschichtete Substrat 3 direkt, d.h. ohne den Umweg über Reflektoren oder Linsen, mit der Strahlung der UV-LEDs 2 bestrahlt. Dadurch entfallen im Stand der Technik vorhandene Probleme durch Verschmutzungen der Reflektoren, Dejustagen der Reflektoren oder ein erhöhtes Baumaß der gesamten Vorrichtung.

Bezugszeichenliste

[0021] 

1

UV-Lichtquelle

2

UV-LEDs

3

Substrat

4

Maserdruckbeschichtung

Ansprüche

1. Verfahren zur Härtung einer auf einem Substrat (3) angeordneten Maserdruckbeschichtung (4) und/oder eines UV-Decklackes, welche mindestens einen Fotoinitiator aufweisen, wobei das mit der Maserdruckbeschichtung (4) und/oder dem UV-Decklack beschichtete Substrat (3) mit der Strahlung einer UV-Lichtquelle (1), insbesondere mit Wellenlängen zwischen 300 nm und 420 nm, bestrahlt wird, wobei die UV-Lichtquelle (1) mindestens eine Wellenlänge im Bereich des Absorptionsspektrums des Fotoinitiators aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestrahlung der Maserdruckbeschichtung (4) und/oder des UV-Decklackes als UV-Lichtquelle (1) ein Array von UV-LEDs (2) eingesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Array aus UV-LEDs, die nur eine definierte Wellenlänge emittieren, verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit der Größe des Substrats (3) die im Randbereich des UV-LED-Arrays (1) über das Substrat (3) hinausweisenden UV-LEDs (2) abgeschaltet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnungen der UV-LEDs (2) im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche des Substrats (3) ausgerichtet werden, so dass die emittierte Strahlung auf direktem Strahlwege auf das Substrat (3) trifft.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die UV-LEDs (2) in einem Abstand von wenigen Millimetern zu der Oberfläche des Substrats (3) angeordnet werden.

6. Verwendung eines UV-LED-Arrays (1) für die Härtung einer auf einem Substrat (3) angeordneten Maserdruckbeschichtung (4), wobei die Maserdruckbeschichtung (4) mindestens einen Fotoinitiator aufweist, und wobei das UV-LED-Array (1) eine Vielzahl von UV-LEDs (2) aufweist, deren emittierte Strahlung mindestens eine Wellenlänge im Bereich des Absorptionsspektrums des Fotoinitiators aufweist.

7. Verwendung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit der Größe des Substrats (3) die im Randbereich des UV-LED-Arrays (1) über das Substrat (3) hinausweisenden UV-LEDs (2) abschaltbar sind.

8. Verwendung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnungen der UV-LEDs (2) im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche des Substrats (3) ausgerichtet sind, so dass die emittierte Strahlung auf direktem Strahlwege auf das Substrat (3) trifft.

9. Verwendung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die UV-LEDs (2) in einem Abstand von wenigen Millimetern zu der Oberfläche des Substrats 3)angeordnet sind.

Zeichnung