DE102008047027A1 - Method for drying e.g. water-based printing ink, on e.g. printing substrate, involves providing temperature of air between specified range, and providing air duct in drying section, so that optimal evacuation of water vapor is guaranteed - Google Patents

Method for drying e.g. water-based printing ink, on e.g. printing substrate, involves providing temperature of air between specified range, and providing air duct in drying section, so that optimal evacuation of water vapor is guaranteed Download PDF

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Abstract

The method involves providing convection air with temperature that ranges from 24 to 40 degree Celsius. A suitable air duct is provided in a drying section, so that an optimal evacuation of a water vapor is guaranteed. A wave guide includes a set of openings designed such that the distribution of barrier flow is minimized, and sufficient air motion is enabled. A wave guide mode is utilized such that barrier flow is not interrupted by inner and outer splits of a printing substrate. The convection air is streamed into the wave guide by a borehole at a position with a minimum electrical field. An independent claim is also included for a device for drying a water-based printing ink, ink, adhesive, and paint on a laminar material and printing substrate under a utilization of an impression of a high frequency alternating field and air convection flows, comprising a drying unit.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Trocknung von wasserbasierten Farben auf flächigen Bedruckstoffen unter dem Einsatz von hochfrequenten elektromagnetischen Feldern in Kombination mit Konvektionsluft. Bei der Herstellung unterschiedlichster Produkte in Rollenrotationsdruckmaschinen wird verlangt, dass die Farben bzw. Tinten bis zur Übertragung auf den Bedruckstoff flüssig bleiben und danach sekundenschnell verfestigen um anschließend das bedruckte Material weiter verarbeiten zu können oder mindestens wieder aufrollen zu können. Sekunden schnelle Trocknung kann auf unterschiedliche Arten erfolgen. Dies kann z. B. durch die Vernetzung von reaktionsfreudigen, strahlungsaktivierbaren Chemikalien in der Farbe erfolgen. Dabei tritt die Vernetzung tritt ein, wenn die Farbe einer passenden Strahlung ausgesetzt wird. Derartige reaktionsfreudige Chemikalien sind aber in Bezug auf die Arbeitssicherheit und Umweltverträglichkeit problematisch und darüber hinaus noch relativ teuer.The The invention relates to a method and a device for drying of water-based inks on flat substrates under the use of high-frequency electromagnetic fields in combination with convection air. In the production of different products in web-fed rotary presses it is required that the colors or inks until transfer remain liquid on the substrate and then solidify in seconds to then the to be able to process printed material or at least again to be able to roll up. Seconds fast drying can be done in different ways. This can be z. B. by the crosslinking of reactive, radiation activated Chemicals take place in the paint. The networking occurs when the color is exposed to appropriate radiation. such Reactive chemicals are, however, in terms of occupational safety and environmental compatibility problematic and above In addition, still relatively expensive.

Eine einfachere Möglichkeit besteht darin, die Verdunstungstrocknung zu verwenden. Die Trocknung dauert hierbei 1 bis 2 Sekunden und erfolgt in so genannten Prallstrahlkonvektionstrockner.A easier way is to use the evaporation drying. The drying lasts for 1 to 2 seconds and takes place in so-called impact jet convection dryer.

Es ist bekannt durch Verdunstung trocknende Farben einzusetzen, bei denen Wasser anstatt organische Lösungsmittel bei der Verfestigung verdunsten. Durch diese Möglichkeit können deutliche Beiträge zur Umweltentlastung erzielt werden. Zurzeit werden wasserbasierte Tiefdruckfarben insbesondere im Dekordruckbereich eingesetzt, und zwar wegen der für den Wohnbereich geltenden Bestimmungen, die bei Möbel und Ähnlichem eine strikte Vermeidung von Lösungsmittelnachverdampfung verlangen. Im Verpackungsdruck besteht oft der Wunsch wasserbasierte Farben einzusetzen, und zwar wegen der Vermeidung jeglichem Lösungsmittelgeruch. Als Gründe dafür, dass das Lösungsmittel Wasser, bis auf den Dekordruckbereich kaum eingesetzt wird, können folgende Problemfelder benannt werden:

  • a) Die Verdampfungsenthalpie von Wasser ist im Vergleich zu organischen Lösungsmitteln um den Faktor 3 bis 5 höher. Konsequenz davon ist, dass die Trocknung mehr Energie benötigt, eine längere Zeit in Anspruch nimmt und damit einen längeren Trocknungsweg benötigt als bei der Trocknung von Lösungsmittelfarben. Der höhere Energieaufwand kann aber durch das Wegfallen einer sehr energieintensiven Abluftreinigung (Aktivkohlefilter oder Nachverbrennung) bei Lösungsmittel ausgeglichen werden.
  • b) Wegen der meistens ungleichen, druckbildbedingten Verteilung der Druckfarbe, und damit des Wassers in der Druckfarbe, verursacht die Entfernung des Wassers aus der Farbe zugleich eine vollkommene Austrocknung (bei Papierbedruckstoffen) bzw. Übererwärmung (bei Kunststofffolien) der unbedruckten Flächenanteile der Druckbahn.
It is known to use drying paints by evaporation in which water evaporates instead of organic solvents during solidification. This option can make significant contributions to environmental relief. Currently, water-based gravure inks are used particularly in the decorative printing area, because of the prevailing regulations for the home, which require a strict avoidance of solvent evaporation in furniture and the like. In packaging printing, there is often a desire to use water-based inks because of the avoidance of any solvent odor. As reasons for the fact that the solvent water, up to the decor pressure range hardly used, the following problem areas can be named:
  • a) The evaporation enthalpy of water is higher by a factor of 3 to 5 compared to organic solvents. The consequence of this is that the drying requires more energy, takes a longer time and thus requires a longer drying path than when drying solvent paints. The higher energy consumption can be compensated by eliminating a very energy-intensive exhaust air purification (activated carbon filter or afterburning) with solvent.
  • b) Because of the mostly uneven, print image-related distribution of the ink, and thus the water in the ink, the removal of the water from the color at the same time causes a complete drying (paper stocks) or overheating (in plastic films) of the unprinted surface portions of the printing web.

Das Wasser in wasserbasierten Farben ruft eine lokal unterschiedliche Dehnung beim hygroskopischen Bedruckstoff Papier hervor. Hinzu kommt, dass das Papier selbst an unbedruckten Stellen beim Trocknungsvorgang wegen Feuchtigkeitsverluste schrumpft. Durch die unterschiedlichen Dimensionsänderungen der Bahn wird die Bahnführung erheblich erschwert und unter Umständen kann sogar die Planlage verloren gehen.The Water in water-based colors calls a locally different Elongation of the hygroscopic substrate paper out. In addition, that the paper itself at unprinted places during the drying process shrinks due to moisture loss. By the different ones dimensional changes the web becomes the web guide considerably more difficult and possibly even the flatness get lost.

Zur Lösung der angesprochenen Probleme, sollte bei einer geeigneten Trocknung nur an Wassermolekülen der Farbschicht Wärme freigesetzt werden, nicht aber an denen, die an den Zellstofffasern des Papierbedruckstoffes angelagert sind. Zusätzlich muss der größte Teil des Wassers in einer sehr kurzen Zeit zur Verdunstung gebracht werden, bevor die Feuchtedehnung des Bedruckstoffs einsetzt.to solution the problems mentioned, should be at a suitable drying only on water molecules the color layer heat be released, but not those that are attached to the pulp fibers of the Papierbedruckstoffes are attached. In addition, the largest part of the water in a very short time to evaporate, before the moisture expansion of the printing material begins.

Diese Anforderungen werden bei der so genannten dielektrischen Erwärmung, zum Beispiel bei der Trocknung in Hochfrequenzfeldern (27,12 MHz) oder Mikrowellenfeldern (2,45 GHz) am ehesten erfüllt.These Requirements are in the so-called dielectric heating, for Example when drying in high-frequency fields (27.12 MHz) or Microwave fields (2.45 GHz) most likely met.

Dickere Schichten wässriger Aufträge, wie etwa Bindemittel, Lacke oder besondere Beschichtungen werden mittels Hochfrequenztrockner getrocknet. Die elektromagnetischen Felder werden zwischen zylindrischen Elektroden ausgebildet. Die Hochfrequenzgeneratoren bestehen aus diskreten Bauteilen, typischerweise sind sie mit Vakuumröhren (Trioden) bestückt. Die Hochfrequenztrocknung kann (es gibt Beispiele) bei der Trocknung von Reibflächen von Streichholzschachteln, in Bindestrassen von Druckprodukten und bei Mailingherstellungsanlagen angewendet werden.thicker Layers of aqueous Assignments, such as binders, paints or special coatings dried by high-frequency dryer. The electromagnetic Fields are formed between cylindrical electrodes. The high frequency generators consist of discrete components, typically with vacuum tubes (triodes) stocked. High-frequency drying can (there are examples) during drying of friction surfaces of Matchboxes, in bindings of printed products and in Mailing manufacturing plants are applied.

Das Anwendungspotenzial von Mikrowellentrockner ergibt sich aus der Tatsache, dass die Umwandlung von Gleichstrom in Mikrowellenleistung in kompakten Vakuumröhren, den Magnetronen erfolgt. Magnetronen werden in größeren Stückzahlen produziert und zu günstigen Preisen angeboten. Die Mikrowellenapplikatoren bestehen aus Wellenleitersektionen und erlauben eine ebenfalls preisgünstige, modulare Bauweise. Bei den gängisten und zweckmässigsten Mikrowellentrocknerkonfigurationen durchläuft der Bedruckstoff einen rechteckigen Hohlwellenleiter. Um die im Trockner freigesetzte Feuchtigkeit abzuführen, wird im Mikrowellenapplikator für Luftzirkulation gesorgt. Die Luft strömt durch Öffnungen an den Wänden ein. Die Schlitze in der Mitte der breiteren Seite des Wellenleiters erlauben nicht nur das Durchlaufen des Bedruckstoffs, sondern auch das Abströmen der mit Wasserdampf angereicherten Luft (1).The application potential of microwave dryers results from the fact that the conversion of direct current into microwave power takes place in compact vacuum tubes, the magnetrons. Magnetrons are produced in larger quantities and offered at reasonable prices. The microwave applicators consist of waveguide sections and also allow a low-cost, modular design. In the most common and convenient microwave dryer configurations, the substrate passes through a rectangular hollow waveguide. In order to dissipate the moisture released in the dryer, air circulation is provided in the microwave applicator. The air flows through openings on the walls. The slots in the middle of the wider side of the waveguide not only allow the passage of the printing material, but also the outflow of the water vapor-enriched air ( 1 ).

Mittels den in den 1a und 1b dargestellten Mikrowellenapplikatoren bzw. Trocknern wurde eine Reihe von Versuchen mittels unterschiedlichen drucktechnischen Materialien in Mikrowellenfeldern mit gekoppelter Konvektionsluft durchgeführt. Dabei wurde gegen die Bahn kalte Konvektionsluft geblasen um zugleich den Wasserdampf abzuführen und die Bahn trotz der dielektrischen Wärmefreisetzung bei Zimmertemperatur zu halten.By means of the in the 1a and 1b A number of experiments were carried out by means of different printing materials in microwave fields coupled with convection air microwave applicators or dryers. Cold convection air was blown against the web to simultaneously remove the water vapor and keep the web at room temperature despite the dielectric heat release.

Bei weiteren Versuchen konnte man aber überraschenderweise feststellen, dass zwischen 20°C (Zimmertemperatur) und 32°C mit zunehmender Temperatur:

  • – einerseits die Feuchtigkeitsverluste von unbedruckten Papieren unverändert bleiben oder gar leicht abnehmen; erst ab 35°C war eine allgemeine Erhöhung der Feuchtigkeitsverluste festzustellen,
  • – andererseits die Wasserverdunstungsrate an wässerigen Aufträgen fast unverändert bleibt; erst ab 35–40°C ist eine langsamere Verdunstung festzustellen.
In further experiments, it was surprisingly found that between 20 ° C (room temperature) and 32 ° C with increasing temperature:
  • - On the one hand, the moisture losses of unprinted papers remain unchanged or even slightly decrease; only above 35 ° C was there a general increase in moisture losses,
  • - On the other hand, the water evaporation rate of aqueous applications remains almost unchanged; only from 35-40 ° C is a slower evaporation observed.

Hierraus kann gefolgert werden, dass die Trocknungstemperatur der Konvektionsluft von 20°C auf 32°C erhöht werden kann, ohne dass nennenswerte Nachteile entstehen. Des Weiteren wurde festgestellt, dass bei Luft mit einer relativen Feuchtigkeit von 50% bei 20°C, die auf 32°C erwärmt wird, deren Fähigkeit Wasserdampf ohne Nebelbindung aufzunehmen sich fast vervierfacht (Mollier-Diagramm für feuchte Luft) und dass bei 32°C die Verdunstungrate von Wasser auf den bedruckten Bereichen erhalten bleibt und zugleich und sogar die Feuchtigkeitsverluste des Bedruckstoffes an unbedruckten Stellen abnehmen können. Im Endergebnis: Die Trocknung mittels Mikrowellenfeldern mit gekoppelter Konvektionsluft erfolgt überraschenderweise optimal bei Lufttemperaturen um 32°C.Hier Raus it can be concluded that the drying temperature of the convection air from 20 ° C to 32 ° C are increased can occur without significant disadvantages. Furthermore was found that in air with a relative humidity of 50% at 20 ° C, at 32 ° C heated will, their ability Water vapor without fog binding absorb almost fourfold (Mollier diagram for damp Air) and that at 32 ° C the evaporation rate of water on the printed areas is maintained and at the same time and even the moisture loss of the substrate can take off at unprinted places. In the end result: drying by means of Microwave fields with coupled convection air is surprisingly optimal at air temperatures around 32 ° C.

Claims (21)

Verfahren zur Trocknung von wasserbasierten Druckfarben, Tinten, Klebstoffen, lacken und dergleichen auf einem flächigen Material oder Bedruckstoff unter Nutzung der Wirkung von in Hohlwellenleiter ausgebildeten hochfrequenten Wechselfelder und Luftkonvektionsströmungen dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der eingesetzten Konvektionsluft zwischen 24°C und 40°C liegt)Process for drying water-based inks, inks, adhesives, lacquers and the like on a sheet material or printing material using the effect of trained in hollow waveguide high-frequency alternating fields and Luftkonvektionsströmungen characterized in that the temperature of the convection air used is between 24 ° C and 40 ° C. ) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der eingesetzten Konvektionsluft zwischen 25°C und 39°C liegt.Method according to claim 1, characterized in that that the temperature of the convection air used is between 25 ° C and 39 ° C. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der eingesetzten Konvektionsluft zwischen 26°C und 38°C liegt.Method according to claim 1, characterized in that the temperature of the convection air used is between 26 ° C and 38 ° C. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der eingesetzten Konvektionsluft zwischen 27°C und 37°C liegt.Method according to claim 1, characterized in that that the temperature of the convection air used is between 27 ° C and 37 ° C. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der eingesetzten Konvektionsluft zwischen 28°C und 36°C liegt.Method according to claim 1, characterized in that the temperature of the convection air used is between 28 ° C and 36 ° C. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der eingesetzten Konvektionsluft zwischen 29°C und 35°C liegt.Method according to claim 1, characterized in that that the temperature of the convection air used is between 29 ° C and 35 ° C. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der eingesetzten Konvektionsluft zwischen 30°C und 34°C liegt.Method according to claim 1, characterized in that that the temperature of the convection air used is between 30 ° C and 34 ° C. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der eingesetzten Konvektionsluft bei ca. 32°C (32 ± 1°C) liegt.Method according to claim 1, characterized in that that the temperature of the convection air used is approx. 32 ° C (32 ± 1 ° C). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der gesamten Trocknungsstrecke eine geeignete Luftführung vorhanden ist, damit dadurch ein optimaler Abtransport des Wasserdampfes gewährleistet wird.Method according to claim 1, characterized in that that there is a suitable air flow throughout the drying section is, thereby ensuring optimal removal of water vapor becomes. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenleiter Öffnungen aufweisen, die so gestaltet sind, dass die Störung der Wandströmen minimal ist, jedoch eine ausreichende Luftbewegung möglich ist.Process according to claims 1 to 9, characterized that the waveguides openings have, which are designed so that the disturbance of the wall currents minimal is, but a sufficient air movement is possible. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass Wellenleitermoden eingesetzt werden, deren Wandströme von den Ein- und Auslaufschlitzen für den Bedruckstoff nicht unterbrochen werden.Process according to claims 1 to 10, characterized that waveguide modes are used whose wall currents from the Inlet and outlet slots for the substrate is not interrupted. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Wellenleiter mit einem rechteckigen Querschnitt der Mode H10 (2) und bei einem Wellenleiter mit einem kreisförmigen Querschnitt der Mode H11 (3) verwendet wird.Process according to claims 1 to 11, characterized in that in the case of a waveguide with a rectangular cross-section the mode H10 ( 2 ) and a waveguide with a circular cross section of the mode H11 ( 3 ) is used. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Konvektionsluft in die Wellenleiter durch Bohrungen an Stellen mit minimalem elektrischen Feld einströmt und durch die Ein- und Auslaufschlitze ausströmt, so dass die Störung der Wandströme minimal ist, jedoch eine ausreichende Luftbewegung möglich ist.Process according to claims 1 to 12, characterized that the convection air enters the waveguide through holes Inlets with minimal electric field flows in and through the inlet and outlet slots flows, so that the disruption of wall currents is minimal, but sufficient air movement is possible. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass reflektierende Abschlüsse an den Enden der Wellenleiter diese in Hohlwellenleiterresonatoren umwandeln.Process according to claims 1 to 13, characterized in that reflective terminations at the ends of the waveguides in Hohlwel transform the resonator resonators. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Trocknung bei Druckmaschinen mit in Reihenbauweise angeordneten Druckwerken nach jedem Druckwerk erfolgt.Process according to claims 1 to 14, characterized that the drying in printing machines arranged in a row construction Print works done after each printing unit. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass als Mikrowellenleistungsquellen Magnetronen verwendet werden.Process according to claims 1 to 15, characterized that are used as microwave power sources magnetrons. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet dass die wasserbasierte Beschichtung sich auf einer Bedruckstoffbahn oder Materialbahn befindet.Process according to claims 1 to 16, characterized that the water-based coating is on a substrate web or web is located. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die wasserbasierte Beschichtung sich auf Bedruckstofbögen oder Materialbögen befindet.Process according to claims 1 to 16, characterized that the water-based coating can be applied to printing sheets or material sheets located. Verfahren nach Anspruch 18 dadurch gekennzeichnet, dass die Bedruckstoffbögen oder Materialbögen von einem Transportband durch den Trockner transportiert werden.Method according to claim 18, characterized that the printing material sheets or material sheets be transported by a conveyor belt through the dryer. Vorrichtung nach den Ansprüchen 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Hohlwellenleiterresonatoren eine Trocknereinheit bilden.Device according to claims 14 to 19, characterized a plurality of hollow waveguide resonators form a dryer unit. Vorrichtung nach den Ansprüchen 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Maxima und Minima der stehenden Wellen der Hohlwellenleiterresonatoren überdecken, um eine gleichmässige Trocknung quer zur Bahnlaufrichtung zu ermöglichen.Device according to claims 14 to 20, characterized the maxima and minima of the standing waves of the waveguide resonators overlap, for even drying to allow transverse to the web direction.
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