Verfahren zur Herstellung von dekorierten Kunststoffteilen

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kunststoffteilen mit Oberflächendekor, sowie Verbundsysteme, die unter Verwendung des Erzeugnisses des erfindungsgemässen Verfahrens hergestellt wurden.

Stand der Technik

Im so genannten In-MoId Decoration (IMD) - Verfahren wird eine dekorierte Folie verformt, beschnitten, in ein Spritzwerkzeug eingelegt und anschliessend mit einem thermoplastischen Kunststoff hinterspritzt. Mit diesem Verfahren lassen sich Kunststoffteile mit einer vielfältigen Oberflächengestaltung herstellen.

Das Verformen und Hinterspritzen stellt hohe Anforderungen an die' Dekorschicht, die insbesondere den ^' thermischen und mechanischen Belastungen standhalten muss. üblicherweise wird zum Schutz des Dekors die Farbschicht mit einer weiteren Schicht überlagert, besonders, wenn das Hinterspritzen auf die bedruckte Seite des Kunststoffteils erfolgt. So wird beispielsweise in DE-A 44 24 106 die aufgedruckte Farbschicht vor dem Verformen mit einer Polyurethanschicht und einer thermoplastischen KunststoffSchicht geschützt.

Siebdruckverfahren zum Bedrucken von Folien sind hinreichend bekannt. Der Siebdruck hat allerdings den Nachteil, dass Schablonen angefertigt werden müssen, was die gestalterische Freiheit hinsichtlich individueller Anfertigungen einschränkt und bei niedrigen Stückzahlen des Endprodukts wenig wirtschaftlich ist.

Digitaldruckverfahren bieten hingegen eine breitere gestalterische Freiheit. Als mit Solventtinten im Tintenstrahlverfahren bedruckbar gelten neben synthetischen Textilien und Papieren auch Kunststofffolien mit speziellen Farbaufnahmebeschichtungen .

Bei den unbeschichteten Medien kennt man die Nutzung von Folien und Scrimbannern aus PVC, welche für nicht-verformte Anwendungen als mit Solventtinten gut haftbar bedruckbar angegeben werden, ünbeschichtete Fo- lien aus Polycarbonat, Plexiglas, Polyester und Polyurethan galten allerdings bislang nicht als mit Solventtinten gut haftend bedruckbar. Insofern wurden durch Tin- tenstrahldruckverfahren dekorierte Folien bisher nicht als für das Umformen ohne Zύsatzmassnahmen geeignet be- funden.

Beschreibung der Erfindung

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Kunst- stoffteilen mit Oberflächendekor bereitzustellen, welches eine hohe individuelle Gestaltungsmöglichkeit des Dekors bietet .

überraschenderweise wurde gefunden, dass durch Bedrucken der Kunststofffolie mit Solventtinten im Tintenstrahlverfahren (Ink-Jet-Verfahren) die Farbschicht nicht noch mal beschichtet werden muss, um eine für das Umformen, insbesondere für das Umformen und Hinterspritzen, ausreichend gute Haftung der Farbschicht zu gewährleisten. Durch das erfindungsgemässe Verfahren kann ge- genüber anderen Drucktechniken ein Arbeitsschritt eingespart werden.

In einem zweiten Aspekt beschreibt die vorliegende Erfindung ein Verbundsystem, das unter Verwendung einer nach dem erfindungsgemässen Verfahren herge- stellten Kunststofffolie hergestellt wurde.

Das erfindungsgemässe Verfahren umfasst die folgenden Verfahrensschritte: a) Bereitstellen einer unbeschichteten Kunststofffolie als Trägerfolie; b) Bedrucken der Kunststofffolie im Ink-Jet-

Verfahren mit einer die Kunststofffolie an der

Oberfläche quellenden und/oder anlösenden Solventtinte; und c) Verformen der bedruckten Kunststofffolie.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden die Begriffe (i) -„umformen" und „verformen", (ii) „härtbar" und „härtend" und (iii) „nachhärtbar" und „nachhärtend" synonym- verwendet .

Ferner werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung - sofern nicht ausdrücklich etwas anderes erwähnt ist - unter Solventtinten auch UV-härtbare (UV-härtende) und/oder UV-nachhärtbare (UV nachhärtende) Tinten verstanden .

Für das erfindungsgemässe Verfahren eignen sich verschiedene unbeschichtete Kunststofffolien. Die Kunststofffolie,, die bedruckt wird (im Folgenden auch als Trägerfolie bezeichnet) kann aus verschiedenen Thermoplasten bestehen. Diese können sowohl aus Homopolymeren als auch aus Copolymeren gebildet sein. Insbesondere eignen sich Polyurethan, Polycarbonat, Polyester, Polyamid, Polymethylmetacrylat, Celluloseester, PVC, Polyvinylace- tat, Polyvinylbutyrat oder Copolymere davon, sowie Mischungen der genannten Polymere untereinander und mit anderen Polymeren; in einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Homopolymer verwendet, besonders bevorzugt ist ein Homopolymer aus Polycarbonat. Die Trägerfolie kann farblos oder eingefärbt, transluzent, transparent oder lichtundurchlässig sein. Als unbeschichtete Folien im Sinne der vorliegenden Erfindung gelten auch Co- Extrusionsfolien oder Laminate. Mit anderen Worten, „un- beschichtet" im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet „nicht mit einer speziellen, füllstofffreien oder füll- stoffhaltigen, Tintenaufnahmeschicht" beschichtet.

Zum Bedrucken der Kunststofffolie mit einer Dekorschicht können Solventtinten, wie Eco-Solventtinten und light Solventtinten, oder UV-härtbare resp. UV-nachhärtbare Tinten verwendet werden, beispielsweise die Eco- Solventtinten der Firma ROLAND DG BENELUX N. V., Hout-

straat 3, B-2260 Westerlo, Belgien. In den heute gebräuchlichen Solventtinten befinden sich die Farbpigmente üblicherweise in Lösungsmitteln ausgewählt aus Estern, insbesondere Glykolestern, Glykolethern, Ketonen, Lacto- nen und Mischungen derselben.

Neben diesen unter dem Begriff Solventtinten im Handel erhältlichen Tinten, werden im Rahmen dieser Erfindung auch UV-härtbare resp. UV-nachhärtbare Tinten verstanden. Diese Tinten umfassen z.B. UV-härtende Mono- mere und/oder Oligomere, mindestens einen Photoinitiator und Pigmente. Die Monomere und/oder die Oligomere wirken gewissen Kunststoffen gegenüber als Lösungsmittel, welche in der Lage sind, die KunststoffOberfläche anzulösen oder zu quellen. Daneben existieren auch lösungsmittelhaltige UV härtende resp. UV-nachhärtende Tinten, welche neben Photoinitiator, Pigmenten und UV-härtenden resp. UV- nachhärtenden Komponenten (Monomere und/oder Oligomere und/oder Polymere, welche mindestens teilweise UV- reaktive Gruppen aufweisen) zusätzlich Lösungsmittel ent- halten.

Als Solventtinten werden im Rahmen dieser Erfindung alle Tinten verstanden, deren Gehalt an organischen Lösungsmitteln einschliesslich UV-härtbaren Komponenten mit Lösungsmittelwirkung mindestens 50 %, vorzugs- weise 80-90 Gewichtsprozent, beträgt. Man unterscheidet bei den üblicherweise als Solventtinten bezeichneten Tinten im Allgemeinen Solventtinten, die üblicherweise Cyc- lohexanon und 2-Butoxyethylacetat enthalten, von den Eco- Solventtinten (auf Basis von Ethylen-propylen- glykolether) und den Mild (Light ) -Solvent bzw Lactat-

Tinten, die neben Butyrolacton auch Glykolester beinhalten. Die technischen Unterschiede liegen im Lösevermögen und in der Verdunstungsgeschwindigkeit. Aufgrund der Inhaltsstoffe weisen die genannten Tinten unterschiedliche Gefahrenkennzeichnungen auf. Im Rahmen dieser Erfindung sind alle oben genannten Tinten brauchbar.

Um eine optimale Haftung der Farbschicht auf der Kunststofffolie zu erzielen, sollten Tinte und Folie aufeinander abgestimmt werden, respektive sein. Das in der Tinte verwendete Lösungsmittel muss kompatibel zur Folie sein, d.h. das Lösungsmittel darf die Oberfläche der Folie nur quellen oder anlösen und nicht auflösen. Für apolare Kunststoffe eigenen sich insbesondere apolare Lösungsmittel, für polare Kunststoffe polare Lösungsmittel. So kann z.B. eine Polycarbonatfolie mit einer Tinte, die Polypropylenglykol beinhaltet, gut haftend bedruckt werden .

Der Druck erfolgt im Tintenstrahlverfahren, bevorzugterweise mit Eco- oder Mild (Light) - Solventdruckern oder Druckern für UV-härtende resp. UV- nachhärtende Tinten. Grundsätzlich kann jeder Drucker verwendet werden, vorausgesetzt dessen Druckkopf sowie weitere Funktionselemente sind für den Gebrauch entsprechender Tinten ausgelegt.

Dabei kann die Kunststofffolie oberseitig und/oder unterseitig bedruckt werden. Bevorzugt ist der Druck auf der Vorder- resp. Oberseite der Folie.

überraschenderweise wurde gefunden, dass das erfindungsgemässe Verfahren gute Haftung der Farbschicht auf einer Vielzahl von Kunststofffolien und trotz Umfor- mung guten Erhalt der Bildqualität ergibt. Dank der guten Haftung ist es nicht notwendig, die Farbschicht mittels einer überlagerten Schutzschicht, beispielsweise gegen Ausbluten, Abplatzen oder Abrieb unter schwacher mechanischer Beanspruchung oder gegen thermische Einwirkung, zu schützen.

Ein besonders gutes Ergebnis wurde mit dem erfindungsgemässen Verfahren erzielt, in dem eine PoIy- carbonatfolie mit „Ecosol Max" unter Verwendung eines Roland Sp300-Druckers bedruckt wurde. Das Druckverfahren erfolgt vorzugsweise unter

Vorwärmung der Kunststofffolie, üblicherweise auf 30- 50 ⁰ C. Die optimale Temperatur muss für jede Folie be-

stimmt werden. Bei zu niedriger ^* Temperatur (im allgemeinen ≤ 30 ⁰ C) bilden sich Tropfen und die Tinte verschwimmt („bleeding") . Bei zu hoher Temperatur (je nach Folie ab ca. 45°- 50 ⁰ C) quillt das Polymer zu stark, wodurch sich die Qualität des Druckbilds verschlechtert.

Da das erfindungsgemässe Verfahren den Digitaldruck auf Kunststofffolien erlaubt, ist der Wahl des Oberflächendekors eine breite gestalterische Freiheit gegeben. So ist es möglich, eine Vielzahl von gleichförmi- gen Kunststoffteilen herzustellen, deren Dekor individuell variiert. Ausserdem kann eine breite Vielfalt von unbeschichteten Kunststofffolien als Trägerfolie verwendet werden, was optimale Zweckadaption und ein kostengünstiges Verfahren ermöglicht. Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens ist, dass eine derart gute Haftung der Farbschicht auf der Kunststofffolie erreicht wird, dass im IMD-Verfahren auf eine zusätzliche Schutzfolie verzichtet werden kann.

In einer Ausführungsform wird auf der Farb- schicht oder auf der nicht bedruckten Seite der Trägerfolie eine Deckschicht (beispielsweise eine Farbschicht) und/oder eine zweite Folie aufgetragen, die lichtundurchlässig sein kann. Eine lichtundurchlässige Folie oder Be- schichtung ist besonders vorteilhaft, wenn die Trägerfo- lie transparent ist, damit das aufgetragene Dekor besser kontrastiert. Diese lichtundurchlässige Kontrastschicht befindet sich nach dem Verformen der bedruckten Kunststofffolie auf der Seite der Oberfläche, die dem Auge nicht direkt zugänglich ist, d.h. vom Betrachter aus ge- sehen hinter der Dekorschicht. Das Auftragen einer transparenten Folie oder Beschichtung kann auch zum Schutz (z.B. Kratzfestigkeit, UV-Schutz, etc.) sinnvoll sein.

Auf der Oberfläche der bedruckten Kunststofffolie kann zusätzlich, insbesondere wenn sich die Farb- schicht auf der Oberfläche befindet, eine Beschichtung zumindest teilweise aufgetragen werden. Diese Schicht kann vor der Verformung der bedruckten Kunststofffolie

aufgetragen werden oder in einem späteren Verfahrensschritt. Eine solche Schicht schützt gegen Abrieb oder mechanische Beschädigung (z.B. Kratzer), was insbesondere bei Formteilen, welche bei der Nutzung durch den End- Verbraucher besonders strapaziert werden (z.B. Handyschalen) oder Formteilen, welche eine langjährige Benutzung erfordern (beispielsweise die Oberfläche von Möbeln) , wünschenswert ist. Weiterhin kann eine solche Schicht auch zur Verbesserung der Haptik beitragen. Als Beschich- tungen resp. Schichten eignen sich beispielsweise Lackierungen oder Heisssiegelung . Die sich eignenden Stoffe und Methoden sind dem Fachmann bekannt. Eine solche Schicht kann dekorativen Aspekten dienen, da der Glanz der Oberfläche variiert werden kann. Die bedruckte Folie kann über verschiedene

Kalt- und Warmformverfahren umgeformt resp. verformt, bzw. tiefgezogen werden, die dem Fachmann bekannt sind. Die bei dem Verformen auftretenden hohen Temperaturen und Scherkräfte stellen hohe Anforderungen an die Farb- schicht. Die nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellte Folie zeigt aufgrund der guten Hafteigenschaften der Farbschicht keine Rissbildung beim Verformen.

Der zweite Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verbundsystem, welches unter Verwendung ei- ner nach dem erfindungsgemässen Verfahrens hergestellten Kunststofffolie hergestellt wurde. Die umgeformte, bedruckte Kunststofffolie kann in einem weiteren Verarbeitungsverfahren, beispielsweise in einem IMD-Verfahren, hinterspritzt werden. üblicherweise werden in einem IMD- Verfahren die umgeformten Folien vor dem Hinterspritzen beschnitten. Zum Hinterspritzen eignen sich verschiedene Kunststoffe, beispielsweise auch Rezyklate. Das so hergestellte Verbundsystem kann in verschiedenen Bereichen angewendet werden, wie z.B. als Karosserieteile für den Au- tomobilbau, Gehäuse von Telekommunikations-, Unterhaltungselektronik- oder Haushaltsgeräten, sowie als Oberfläche von Möbeln.

Weiterhin kann die verformte Folie auch in nicht hinterspritzter Form verwendet werden, gegebenenfalls mit einer Schutzschicht. Solche verformten Folien finden verschiedene Anwendungen, beispielsweise für vari- able Handy-Schalen.

Die hier beschriebenen Alternativen können, sofern technisch möglich und sinnvoll, untereinander beliebig kombiniert werden, und im erfindungsgemässen Verfahren und/oder Verbundsystem verwendet werden.