DE102019105912A1

DE102019105912A1 - Verfahren und Trocknungseinheit zum Trocknen eines Flüssigkeitsgemisches

Info

Publication number: DE102019105912A1
Application number: DE102019105912.7A
Authority: DE
Inventors: Frank Freudenberg
Original assignee: Canon Production Printing Holding BV
Current assignee: Canon Production Printing Holding BV
Priority date: 2019-03-08
Filing date: 2019-03-08
Publication date: 2020-09-10
Anticipated expiration: 2039-03-09
Also published as: DE102019105912B4; US11427024B2; US20200282758A1

Abstract

Einem Flüssigkeitsgemisch (505) auf einem Substrat (120), das eine erste Komponente, z.B. Wasser, und eine zweite Komponente, z.B. Kosolvent, aufweist, wird derart thermische Energie (501) zugeführt und die Verdunstungsrate der ersten Komponente derart gesteuert, dass der Anteil (g) der zweiten Komponente in dem Flüssigkeitsgemisch (505) bei relativ hohen Temperaturen (T) des Flüssigkeitsgemisches (505) erhöht wird. So kann zuverlässig bewirkt werden, dass sich im Anschluss an den Trocknungsvorgang eine möglichst geringe Menge der zweiten Komponente an der Oberfläche des Substrats (120) befindet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine entsprechende Trocknungseinheit zur Trocknung eines Flüssigkeitsgemisches, insbesondere um ein mit einer Tintenstrahl-Druckvorrichtung gedrucktes Druckbild zu fixieren.
Tintenstrahl-Druckvorrichtungen können zum Bedrucken von Aufzeichnungsträgern (wie z.B. Papier) eingesetzt werden. Dazu werden ein oder mehrere Düsen verwendet, um Tintentropfen auf den Aufzeichnungsträger zu feuern und um so ein gewünschtes Druckbild auf dem Aufzeichnungsträger zu erzeugen. Eine Tintenstrahl-Druckvorrichtung kann ein oder mehrere Trocknungseinheiten umfassen, um den Aufzeichnungsträger nach Aufbringen des Druckbildes zu trocknen und um dadurch die aufgebrachte Tinte auf dem Aufzeichnungsträger zu fixieren.
Die von einer Druckvorrichtung verwendete Tinte umfasst typischerweise neben den Farbpartikeln und einer Lösungsflüssigkeit, z.B. Wasser, zumindest einen Kosolvent, wie z.B. Glyzerin, um die Viskosität der Tinte für die Verwendung in den ein oder mehreren Düsen der Druckvorrichtung einzustellen. Während ein Kosolvent für den Druckvorgang vorteilhaft ist, kann sich der Kosolvent nachteilig auf Eigenschaften, insbesondere auf die Abriebfestigkeit, eines Druckbildes auswirken. Daher sollte der Kosolvent im Rahmen der Trocknung bzw. Fixierung eines Druckbildes möglichst vollständig von der Oberfläche eines bedruckten Aufzeichnungsträgers entfernt werden, insbesondere von dem Aufzeichnungsträger absorbiert werden.
Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, eine Trocknungseinheit und/oder ein Verfahren zur Fixierung eines Tinten-basierten Druckbildes zu beschreiben, durch die eine möglichst vollständige Absorption von Kosolvent aus dem Tinten-basierten Druckbild in den bedruckten Aufzeichnungsträger bewirkt wird. Die Aufgabe wird jeweils durch die Merkmale des unabhängigen Verfahrensanspruchs 1 sowie durch die Merkmale des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs 10 gelöst.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Trocknen eines Flüssigkeitsgemisches auf einer Oberfläche eines Substrats (insbesondere eines Aufzeichnungsträgers) beschrieben. Das Flüssigkeitsgemisch umfasst eine erste Komponente (z.B. Wasser) mit einer relativ niedrigen Viskosität und eine zweite Komponente (z.B. Kosolvent) mit einer relativ hohen Viskosität. Das Verfahren ist darauf ausgerichtet, eine im Anschluss an einen Trocknungsvorgang auf der Oberfläche des Substrats verbleibende Menge der zweiten Komponente zu reduzieren (insbesondere durch Absorption der zweiten Komponente in das Substrat).
Das Verfahren umfasst das Zuführen von thermischer Energie zu dem Flüssigkeitsgemisch und das Anpassen der Verdunstungsrate der ersten Komponente während des Trocknungsvorgangs, derart, dass in einer ersten Phase des Trocknungsvorgangs eine Temperatur T des Flüssigkeitsgemisches auf der Oberfläche des Substrats bis zu einer Temperatur von 65% oder mehr (insbesondere auf mehr als 65% und weniger als 100%) einer Siedetemperatur T_S der ersten Komponente ansteigt, während ein Anteil g der zweiten Komponente in dem Flüssigkeitsgemisch auf der Oberfläche des Substrats ausgehend von einem Anfangsanteil um maximal 30%-Punkte oder weniger, insbesondere um 15% oder weniger, ansteigt (z.B. zwischen 10%-Punkte und 30%.-Punkte ansteigt). Des Weiteren erfolgen das Zuführen von thermische Energie und das Anpassen der Verdunstungsrate derart, dass in einer zweiten Phase des Trocknungsvorgangs die Temperatur T des Flüssigkeitsgemisches bei 65% oder mehr (insbesondere bei mehr als 65% und weniger als 100%) der Siedetemperatur der ersten Komponente liegt, während der Anteil g der zweiten Komponente in dem Flüssigkeitsgemisch auf 95% oder mehr erhöht wird. Dabei wird in der zweiten Phase bevorzugt eine Trocknungsmethode verwendet, durch die eine relativ geringe Verdunstungsrate der ersten Komponente bewirkt wird, insbesondere um den Anteil der Zeitdauer der zweiten Phase an der Gesamt-Trocknungszeitdauer zu erhöhen. Es werden somit in unterschiedlichen Phasen eines Trocknungsvorgangs unterschiedliche Verdunstungsraten und/oder unterschiedliche Trocknungsmethoden verwendet, um eine möglichst vollständige Absorption der zweiten Komponente durch das Substrat zu bewirken.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Trocknungseinheit zur Trocknung eines Flüssigkeitsgemisches auf der Oberfläche eines Substrats beschrieben, wobei das Flüssigkeitsgemisch eine erste Komponente mit einer relativ niedrigen Viskosität und eine zweite Komponente mit einer relativ hohen Viskosität umfasst. Die Trocknungseinheit ist eingerichtet, während des Trocknungsvorgangs dem Flüssigkeitsgemisch derart thermische Energie zuzuführen und dabei die Verdunstungsrate der ersten Komponente derart anzupassen, dass die Temperatur des Flüssigkeitsgemisches und der Anteil der zweiten Komponente in dem Flüssigkeitsgemisch auf der Oberfläche des Substrats für einen Mindest-Zeitanteil der Gesamt-Trocknungszeitdauer des Trocknungsvorgangs derart eingestellt werden, dass eine Absorptionsgröße für die zweite Komponente über einem Mindestwert liegt. Dabei hängt die Absorptionsgröße von $\frac{g}{\sqrt{η (T, g)}}$
ab, wobei g den Anteil der zweiten Komponente in dem Flüssigkeitsgemisch auf der Oberfläche des Substrats anzeigt, wobei T die Temperatur des Flüssigkeitsgemisches auf der Oberfläche des Substrats anzeigt, und wobei η(T, g) die Viskosität des Flüssigkeitsgemisches auf der Oberfläche des Substrats anzeigt.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Druckvorrichtung, insbesondere eine Tintenstrahl-Druckvorrichtung, beschrieben, die die in diesem Dokument beschriebene Trocknungseinheit umfasst.
Im Weiteren werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der schematischen Zeichnung näher beschrieben. Dabei zeigen:

1 ein Blockdiagramm einer beispielhaften Tintenstrahl-Druckvorrichtung mit einer Trocknungseinheit;
2a ein Blockdiagramm einer beispielhaften Trocknungseinheit für eine Tintenstrahl-Druckvorrichtung;
2b ein Blockdiagramm eines beispielhaften Konvektions-Trocknungsmoduls für eine Trocknungseinheit;
2c ein Blockdiagramm eines beispielhaften Strahlungs-Trocknungsmoduls für eine Trocknungseinheit;
3a ein beispielhaftes Kennfeld für die Absorptionsrate von Kosolvent;
3b beispielhafte Verläufe der Absorptionsgröße;
3c einen beispielhaften zeitlichen Verlauf der Temperatur und des Kosolvent-Anteils bei einem Trocknungsvorgang;
4 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Fixierung und/oder Trocknung eines Flüssigkeitsgemisches; und
5 ein beispielhaftes Absorptionsmodell.

Die in 1 dargestellte Druckvorrichtung 100 ist für den Druck auf einen bogen- oder blatt- oder plattenförmigen oder bandförmigen Aufzeichnungsträger 120 ausgelegt. Der Aufzeichnungsträger 120 kann aus Papier, Pappe, Karton, Metall, Kunststoff, Textilien, einer Kombination davon und/oder sonstigen geeigneten und bedruckbaren Materialien hergestellt sein. Der Auszeichnungsträger 120 wird entlang der Transportrichtung 1 (dargestellt durch einen Pfeil) durch das Druckwerk 140 der Druckvorrichtung 100 geführt.
Das Druckwerk 140 der Druckvorrichtung 100 umfasst in dem dargestellten Beispiel zwei Druckriegel 102, wobei jeder Druckriegel 102 für das Drucken mit Tinte einer bestimmten Farbe verwendet werden kann (z.B. Schwarz, Cyan, Magenta und/oder Gelb und ggf. MICR-Tinte). Unterschiedliche Druckriegel 102 können für das Drucken mit jeweils unterschiedlichen Tinten verwendet werden. Des Weiteren umfasst die Druckvorrichtung 100 zumindest eine Fixier- bzw. Trocknungseinheit 150, die eingerichtet ist, ein auf den Aufzeichnungsträger 120 gedrucktes Druckbild zu fixieren bzw. zu trocknen.
Ein Druckriegel 102 kann ein oder mehrere Druckköpfe 103 umfassen, die ggf. in mehreren Reihen nebeneinander angeordnet sind, um die Bildpunkte unterschiedlicher Spalten 31, 32 eines Druckbildes auf den Aufzeichnungsträger 120 zu drucken. In dem in 1 dargestellten Beispiel umfasst ein Druckriegel 102 fünf Druckköpfe 103, wobei jeder Druckkopf 103 die Bildpunkte einer Gruppe von Spalten 31, 32 eines Druckbildes auf den Aufzeichnungsträger 120 druckt.
Jeder Druckkopf 103 des Druckwerks 140 umfasst in der in 1 abgebildeten Ausführungsform mehrere Düsen 21, 22, wobei jede Düse 21, 22 eingerichtet ist, Tintentropfen auf den Aufzeichnungsträger 120 zu feuern oder zu stoßen. Ein Druckkopf 103 des Druckwerks 140 kann beispielsweise mehrere Tausend effektiv genutzte Düsen 21, 22 umfassen, die entlang mehrerer Reihen quer zur Transportrichtung 1 des Aufzeichnungsträgers 120 angeordnet sind. Mittels der Düsen 21, 22 eines Druckkopfs 103 des Druckwerks 140 können Bildpunkte einer Zeile eines Druckbildes auf den Aufzeichnungsträger 120 quer zur Transportrichtung 1, d.h. entlang der Breite des Aufzeichnungsträgers 120, gedruckt werden.
Die Druckvorrichtung 100 umfasst ferner eine Steuereinheit 101, z.B. eine Ansteuer-Hardware und/oder einen Controller, die eingerichtet ist, die Aktuatoren der einzelnen Düsen 21, 22 der einzelnen Druckköpfe 103 des Druckwerks 140 anzusteuern, um in Abhängigkeit von Druckdaten das Druckbild auf den Aufzeichnungsträger 120 aufzubringen.
Das Druckwerk 140 der Druckvorrichtung 100 umfasst somit zumindest einen Druckriegel 102 mit K Düsen 21, 22, die mit einem bestimmten Zeilentakt angesteuert werden können, um eine Zeile, die quer zu der Transportrichtung 1 des Aufzeichnungsträgers 120 verläuft, mit K Pixeln bzw. K Spalten 31, 32 eines Druckbildes auf den Aufzeichnungsträger 120 zu drucken, z.B. mit K>1000. Die Düsen 21, 22 sind in dem dargestellten Beispiel unbeweglich bzw. fest in der Druckvorrichtung 100 verbaut (d.h. die ein oder mehreren Druckköpfe 103 verbleiben während des Druckbetriebs an einer festen Position), und der Aufzeichnungsträger 120 wird mit einer bestimmten Transportgeschwindigkeit an den feststehenden Düsen 21, 22 vorbeigeführt.
Wie oben dargelegt, kann die Druckvorrichtung 100 eine Trocknungseinheit 150 umfassen, die eingerichtet ist, den Aufzeichnungsträger 120 nach Aufbringen der Tinte durch die ein oder mehreren Druckriegel 102 zu trocknen und damit das aufgebrachte Druckbild auf dem Aufzeichnungsträger 120 zu fixieren. Die Trocknungseinheit 150 kann dazu durch eine Steuereinheit 101 der Druckvorrichtung 100 gesteuert werden. Beispielsweise kann die Trocknung in Abhängigkeit von der Menge der aufgebrachten Tinte und/oder in Abhängigkeit von einem Typ des Aufzeichnungsträgers 120 erfolgen.
Die in 2a dargestellte Trocknungseinheit 150 umfasst mehrere Trocknungsmodule 160, 170, 180, die entlang einer Trocknungsstrecke an beiden Seiten des, z.B. bahnförmigen, Aufzeichnungsträgers 120 angeordnet sind. Insbesondere kann die Trocknungseinheit 150 ein oder mehrere Konvektions-Trocknungsmodule 160 umfassen, die jeweils eingerichtet sind, ein gasförmiges Trocknungsmedium, typischerweise erwärmte Luft, auf die Oberfläche des Aufzeichnungsträgers 120 zu blasen. So kann das Druckbild auf einem Aufzeichnungsträger 120 in schonender und zuverlässiger Weise entlang der Trocknungsstrecke der Trocknungseinheit 150 getrocknet werden. Dabei können ggf. die Trocknungsenergie und/oder die Trocknungsleistung der einzelnen Trocknungsmodule 160 individuell eingestellt werden.
2b zeigt ein Blockdiagramm mit beispielhaften Komponenten eines Konvektions-Trocknungsmoduls 160. Das in 2b dargestellte Konvektions-Trocknungsmodul 160 umfasst ein Gebläse 165, mit dem ein gasförmiges Medium, insbesondere Luft, an ein oder mehreren Heizelementen 162 vorbeigeführt werden kann. Das durch die Heizelemente 162 erwärmte Trocknungsmedium 164 wird dann über ein oder mehrere Öffnungen bzw. Düsen 163 auf die Oberfläche des Aufzeichnungsträgers 120 geblasen. Die Fördermenge des Gebläses 165 und/oder die Heizleistung der ein oder mehreren Heizelemente 162 können über ein Steuermodul 161 des Trocknungsmoduls 160 gesteuert bzw. geregelt und/oder individuell eingestellt werden, wobei das Steuermodul 161 ggf. Teil der Steuereinheit 101 der Trocknungseinheit 150 bzw. der Druckvorrichtung 100 sein kann. Insbesondere kann mittels eines Temperatursensors 166 die Temperatur in der Umgebung des Aufzeichnungsträgers 120 erfasst werden. Das Steuermodul 161 kann eingerichtet sein, das Gebläse 165 und/oder die ein oder mehreren Heizelemente 162 in Abhängigkeit von Sensordaten des Temperatursensors 166 zu steuern bzw. zu regeln. So kann z.B. eine bestimmte Temperatur in der Umgebung des Aufzeichnungsträgers 120 eingestellt werden.
Zur Trocknung eines Aufzeichnungsträgers 120 kann somit eine Trocknung mittels einer erzwungenen Konvektion verwendet werden. Die Trocknung mittels Konvektion führt typischerweise zu einem relativ schnellen Verdunsten von Wasser aus dem zu fixierenden Tinten-basierten Druckbild. Als Folge daraus steigt die Viskosität der Tinte auf dem Aufzeichnungsträger 120, wobei die Tinte typischerweise Tintenpartikel, Wasser und zumindest einen Kosolvent umfasst. Insbesondere steigt die Viskosität des Flüssigkeitsgemisches aus Wasser und Kosolvent. Durch die erhöhte Viskosität dieses Flüssigkeitsgemisches kann das Eindringen des Kosolvents in das Innere des Aufzeichnungsträgers 120 behindert werden, was dazu führen kann, dass sich nach Abschluss der Fixierung bzw. Trocknung weiterhin eine relativ hohe Menge an Kosolvent an der Oberfläche des Aufzeichnungsträgers 120 befindet. Dadurch kann z.B. die Abriebfestigkeit des fixierten Druckbildes beeinträchtigt werden. Des Weiteren kann es zum Verkleben von gestapelten, bedruckten Aufzeichnungsträgern 120 kommen.
Die in 2a dargestellte Trocknungseinheit 150 umfasst ferner ein oder mehrere Strahlungs-Trocknungsmodule 180, die eingerichtet sind, das zu fixierende Druckbild mit Strahlung, z.B. mit Infrarot-Strahlung, zu bestrahlen. Die Bestrahlung führt zu einer Erwärmung der Tinte und des Aufzeichnungsträgers 120. Dabei ist die Verdunstungsrate des Wassers aus der Tinte typischerweise relativ langsam im Vergleich zu der Verdunstungsrate bei einem Konvektions-Trocknungsmodul 160.
2c zeigt ein beispielhaftes Strahlungs-Trocknungsmodul 180 mit einer Strahlungsquelle 183, die eingerichtet ist, Strahlung 184 (z.B. Infrarot (IR) Strahlung) zur Bestrahlung des Aufzeichnungsträgers 120 zu generieren. Die Strahlungsquelle 183 kann z.B. ein oder mehrere Licht-emittierende Dioden (LEDs) umfassen. Das Trocknungsmodul 180 kann einen Temperatursensor 186 umfassen. Des Weiteren kann das Trocknungsmodul 180 ein Steuermodul 161 umfassen, das eingerichtet ist, die Strahlungsquelle 183 in Abhängigkeit von den Sensordaten des Temperatursensors 186 zu betreiben. Beispielsweise können die Intensität und/oder die örtliche Verteilung und/oder das Spektrum der Strahlung 184 verändert werden.
Des Weiteren umfasst die in 2a dargestellte Trocknungseinheit 150 ein oder mehrere Wärmeleitungs-Trocknungsmodule 170, die eingerichtet sind, den Aufzeichnungsträger 120 von der (unbedruckten) Rückseite her zu erwärmen. Ein Wärmeleitungs-Trocknungsmodul 170 umfasst eine erwärmte Heizfläche bzw. einen Heizsattel, über die bzw. über den die Rückseite des Aufzeichnungsträgers 120 geführt wird, um den Aufzeichnungsträger 120 zu erwärmen. Dabei berührt der Aufzeichnungsträger 120 den Heizsattel bzw. die Heizfläche. Ein Wärmeleitungs-Trocknungsmodul 170 weist eine Verdunstungsrate auf, die im Vergleich zu der Verdunstungsrate bei einem Konvektions-Trocknungsmodul 180 relativ gering ist.
Es kann somit eine Trocknungseinheit 150 bereitgestellt werden, die unterschiedliche Typen von Trocknungsmodulen 160, 170, 180 mit unterschiedlichen Verdunstungsraten für das Wasser in der auf einen Aufzeichnungsträger 120 aufgebrachten Tinte umfasst. Durch die Verwendung von unterschiedlichen Typen von Trocknungsmodulen 160, 170, 180 kann der Trocknungsvorgang eines Tinten-basierten Druckbildes derart eingestellt werden, dass im Rahmen des Trocknungsvorgangs ein möglichst hoher Anteil von Kosolvent aus der Tinte in das Innere des Aufzeichnungsträgers 120 diffundiert, und somit ein qualitativ hochwertiges und insbesondere abriebfestes fixiertes Druckbild bereitgestellt werden kann. Des Weiteren kann durch die Verwendung von unterschiedlichen Typen von Trocknungsmodulen 160, 170, 180 die für die Fixierung eines Druckbildes erforderliche Länge der Trocknungsstrecke reduziert werden.
5 zeigt einen beispielhaften Aufzeichnungsträger 120 mit einer Tintenschicht 500 (z.B. als Teil eines Tinten-basierten Druckbildes). Die Tintenschicht 500 umfasst ein Flüssigkeitsgemisch 505 aus Kosolvent und Wasser, sowie Feststoffe (insbesondere Farbpartikel). Der Aufzeichnungsträger 120 weist Poren 503 auf, in die Flüssigkeit 504 aus dem Tintenfilm 500 absorbiert wird. Im Rahmen des Trocknungsvorgangs wird der Tintenschicht 500 und/oder dem Aufzeichnungsträger 120 thermische Energie 501 zugeführt. Andererseits wird der Tintenschicht 500 aufgrund von Verdunstung von Wasser aus dem Flüssigkeitsgemisch 505 thermisch Energie 502 entzogen (insbesondere bei Verwendung eines Konvektions-Trocknungsmoduls 160).
Die von einem Aufzeichnungsträger 120 mit Poren 503 absorbierte Masse m pro Fläche A, d.h. m*, an Flüssigkeitsgemisch 505 aus der Tintenschicht 500 kann unter Verwendung der Lucas-Washbum Gleichung angegeben werden als $m * (t) = ρ K \sqrt{t}$
wobei K ein Absorptionsfaktor ist mit $K = Φ \sqrt{\frac{r σ_{L G} cos θ}{2 〈 η 〉}},$
wobei ρ die Dichte des Flüssigkeitsgemisches 505 ist, wobei Φ die Porosität des Aufzeichnungsträgers 120 ist (insbesondere als Volumen von Kapillaren im Vergleich zu dem Volumen des Aufzeichnungsträgers 120), wobei r der Radius einer Pore 503 ist, wobei σ_LG die Oberflächenspannung des Flüssigkeitsgemisches 505 ist, und wobei θ einen Kontaktwinkel zwischen dem Flüssigkeitsgemisch 505 und dem Aufzeichnungsträger 120 ist. η ist die Viskosität des Flüssigkeitsgemisches 505 in der Tintenschicht 500.
Die Viskosität η des Flüssigkeitsgemisches 505 in der Tintenschicht 500 hängt typischerweise von der Temperatur T des Flüssigkeitsgemisches 505 und/oder von dem Mischungsverhältnis g von Wasser und Kosolvent in dem Flüssigkeitsgemisch 505 ab. Dabei ist g der Massenanteil von Kosolvent in dem Flüssigkeitsgemisch 505 aus Wasser und Kosolvent in der Tintenschicht 500, wobei für g = 0 das Gemisch 505 aus reinem Wasser besteht, und wobei für g = 1 das Gemisch 505 aus reinem Kosolvent besteht.
Die Viskosität des Gemisches 505 aus Wasser und Kosolvent kann über eine Interpolationsformel (gemäß Cheng, N. S. (2008), „Formula for viscositiy of glycerol-water mixture", Industrial and Engineering Chemistry Research, 47, 3285-3288) geschrieben werden als $η (T, g) = η_{W a s s e r} {(T)}^{α} \cdot η_{K o s o l v e n t} {(T)}^{1 - α}$
wobei der Mischfaktor α von dem Mischungsverhältnis g abhängt. Des Weiteren hängt der Mischfaktor α typischerweise von der Temperatur T und/oder von der Zusammensetzung des Kosolvents ab. Für Glycerin als Kosolvent ergibt sich z.B.

• $α = (1 - g) + \frac{a \cdot b \cdot g \cdot (1 - g)}{a \cdot g + b \cdot (1 - g)}$
• a = 0,705 - 0,0017 · T (T = Temperatur in °C)
• b = (4,9 + 0,036 · T) · a^2,5
• $η_{W a s s e r} (T) = 0,00179 \cdot exp (\frac{(- 1230 - T) \cdot T}{36100 + 360 \cdot T}) \cdot Pa s$
• $η_{G l y z e r i n} (T) = 12,1 \cdot exp (\frac{(- 1233 + T) \cdot T}{9900 + 70 \cdot T}) \cdot Pa s$

Aus der o.g. Lucas-Washburn Gleichung kann entnommen werden, dass der Absorptionsfaktor $K \sim \frac{1}{\sqrt{η (T, g)}}$
ist. Durch die Maximierung des Absorptionsfaktors K kann bewirkt werden, dass die Masse m*(t) des Flüssigkeitsgemischs 505 aus Wasser und Kosolvent maximiert wird. Die darin enthaltene Masse an Kosolvent ergibt sich als g · m*(t).
Wie oben dargelegt, ist es das Ziel der Trocknung die Masse an Kosolvent, die während eines Trocknungsvorgangs von dem bedruckten Aufzeichnungsträger 120 absorbiert wird, zu maximieren, insbesondere derart, dass der in einer Tintenschicht 500 enthaltene Kosolvent vollständig von den Poren 503 des Aufzeichnungsträgers 120 absorbiert wird. Während eines Trocknungsvorgangs ist somit die Größe $\frac{g}{\sqrt{η (T, g)}}$
zu maximieren, die proportional zu der Massen-Absorptionsrate von Kosolvent ist.
3a zeigt ein beispielhaftes Kennfeld 300, das für unterschiedliche Temperaturen T und unterschiedliche Anteile g an Kosolvent in dem Gemisch 505 aus Wasser und Kosolvent in einer Tintenschicht 500 Isolinien 303 für die Absorptionsgröße $\frac{g}{\sqrt{η (T, g)}}$
(d.h. Linien gleicher Absorption bzw. Absorptionsrate) anzeigt. Des Weiteren zeigt 3a einen beispielhaften Temperatur-Kosolventanteil-Verlauf 304 während eines Trocknungsvorgangs einer Tintenschicht 500 an. Die Trocknung beginnt auf der linken Seite mit einer relativ niedrigen Temperatur T und mit einem relativ niedrigen Kosolventanteil g. Es erfolgt in einer ersten Phase des Trocknungsvorgangs eine Erhöhung der Temperatur T des Flüssigkeitsgemisches 505 (ggf. ohne wesentliche Veränderung des Kosolventanteils g in dem Flüssigkeitsgemisch 505 der Tintenschicht 500). Dies kann durch eine Trocknung mit einer relativ geringen Verdunstungsrate bewirkt werden (z.B. mittels eines Wärmeleitungs-Trocknungsmoduls 170 und/oder mittels eines Strahlungs-Trocknungsmoduls 180). So können während des Trocknungsvorgangs relativ schnell eine Isolinie 303 der Kosolvent-Absorptionsgröße $\frac{g}{\sqrt{η (T, g)}}$
mit einem relativ hohen Wert erreicht werden. Des Weiteren kann so erreicht werden, dass während des Trocknungsvorgangs weiterhin die Isolinie 303 mit einem Maximalwert (z.B. von 13, 15 oder mehr) der Kosolvent-Absorptionsgröße $\frac{g}{\sqrt{η (T, g)}}$
erreicht werden kann.
Wie aus dem Kennfeld 300 zu entnehmen ist, kann im weiteren Verlauf des Trocknungsvorgangs der Kosolventanteil g erhöht werden, um die Kosolvent-Absorptionsgröße $\frac{g}{\sqrt{η (T, g)}}$
weiter zu erhöhen. Dies kann durch Erhöhung der Verdunstungsrate bewirkt werden (z.B. mittels eines Konvektions-Trocknungsmoduls 160). Die Verdunstung von Wasser führt jedoch zu dem Entzug von thermischer Energie 502, und somit zu einer Reduktion der Temperatur T. Dieser Temperaturreduktion kann dadurch entgegenwirkt werden, dass zusätzlich thermisch Energie 501 zugeführt wird (z.B. mittels eines Wärmeleitungs-Trocknungsmoduls 170 und/oder mittels eines Strahlungs-Trocknungsmoduls 180).
Somit kann durch eine geeignete zeitliche Kombination von unterschiedlichen Typen von Trocknungsmodulen 160, 170, 180 bzw. Trocknungsmethoden bewirkt werden, dass der Temperatur-Kosolventanteil-Verlauf 304 eines Trocknungsvorgangs einer Tintenschicht 500 Isolinien 303 der Kosolvent-Absorptionsgröße $\frac{g}{\sqrt{η (T, g)}}$
mit möglichst großen Werten (z.B. 13, 15 oder mehr) schneidet und/oder für einen möglichst langen Zeitraum des Trocknungsvorgangs (d.h. in einer Hauptphase des Trocknungsvorgangs) in dem Bereich der Isolinien 303 der Kosolvent-Absorptionsgröße $\frac{g}{\sqrt{η (T, g)}}$
mit möglichst großen Werten (z.B. 13, 15 oder mehr) verbleibt (wie in 3a dargestellt).
Der Trocknungsvorgang ist beendet, wenn das gesamte Wasser aus einer Tintenschicht 500 verdunstet ist, und somit der Kosolventanteil g = 1 ist. Des Weiteren sollte am Ende des Trocknungsvorgangs der Kosolvent möglichst vollständig von dem Aufzeichnungsträger 120 absorbiert worden sein. Im Rahmen eines Trocknungsvorgangs ergibt sich somit eine Temperatur-Kosolventanteil-Verlauf 304, der mit einem Anfangswert g = g_a für den Kosolventanteil g beginnt, und mit einem Kosolventanteil g = 1 endet. Der Temperatur-Kosolventanteil-Verlauf 304 wird dabei in einem bestimmten Gesamt-Trocknungszeitraum T_t des Trocknungsvorgangs durchlaufen. Dabei sollte der Zeitanteil des Gesamt-Trocknungszeitraums T_t, in dem der Temperatur-Kosolventanteil-Verlauf 304 in dem Bereich der Isolinien 303 der Kosolvent-Absorptionsgröße $\frac{g}{\sqrt{η (T, g)}}$
mit möglichst großen Werten (z.B. 13, 15 oder mehr) verbleibt, möglichst groß sein, um eine möglichst vollständige Absorption von Kosolvent aus der zu trocknenden Tintenschicht 500 zu bewirken.
Es wird somit ein Trocknungsvorgang beschrieben, bei dem nicht versucht wird, die Absorption von Flüssigkeit aus einer Tintenschicht 500 durch eine möglichst hohe Temperatur T zu beschleunigen. Vielmehr wird ein Trocknungsvorgang derart gestaltet, dass das zu Beginn eines Trocknungsvorgangs noch in der Tintenschicht 500 enthaltene Wasser nicht sofort verdampft wird, sondern noch für einen bestimmten Zeitraum in der Tintenschicht 500 gehalten wird, um die Viskosität η(T, g) der Wasser/Kosolvent-Mischung gering zu halten. Dies kann beispielsweise durch ein Aufheizen der Tintenschicht 500 über Strahlung, durch eine Kontaktheizung von der Rückseite des Aufzeichnungsträgers 120 und/oder durch eine Heißluft-Trocknung mit relativ geringer Verdampfungsrate bewirkt werden. Zu diesem Zweck kann eine Heißluft-Trocknung mit einer relativ geringen Luftgeschwindigkeit und/oder mit einer relativ hohen Lufttemperatur und/oder mit einer relativ hohen Luftfeuchtigkeit, etwa mit Wasserdampf, erfolgen.
Wie aus dem Kennfeld 300 hervorgeht, kann die Trocknung derart erfolgen, dass der Kosolventanteil g möglichst lang in einem Bereich zwischen 40% bis 70% und die Temperatur T möglichst lang in einem Bereich zwischen ca. 70°C - 100°C gehalten wird.
Es ergeben sich somit ein oder mehrere Bereiche eines Temperatur-Kosolventanteil-Kennfeldes 300, die für einen Trocknungsvorgang vorteilhaft sind. Insbesondere hat es sich als vorteilhaft erwiesen, folgende Parameter während eines Trocknungsvorgangs einzuhalten (insbesondere für einen Papier-basierten Aufzeichnungsträger 120 und/oder für Wasserhaltige Tinte):

• Temperatur: 40°C < T < 100°C;
• Optimaler Bereich der Kosolvent-Absorptionsgröße $\frac{g}{\sqrt{η (T, g)}} > \frac{13}{\sqrt{P a \cdot s}}$
• Sehr guter Bereich der Kosolvent-Absorptionsgröße $\frac{g}{\sqrt{η (T, g)}} > \frac{11}{\sqrt{P a \cdot s}}$
• Guter Bereich der Kosolvent-Absorptionsgröße $\frac{g}{\sqrt{η (T, g)}} > \frac{9}{\sqrt{P a \cdot s}}$

Die o.g. Bereiche können typischerweise bei einem mittleren Kosolventanteil g (z.B. bei g zwischen 0,3 und 0,7) erreicht werden. Bei einem relativ geringen Kosolventanteil g (z.B. g = 0 bei purem Wasser) wird das Flüssigkeitsgemisch 505 aus einer Tintenschicht 500 wegen der relativ geringen Viskosität η(T, g) des Flüssigkeitsgemisches 505 relativ schnell absorbiert. Andererseits enthält dieses Flüssigkeitsgemisch 505 nur einen relativ geringen Kosolventanteil g, so dass nur relativ wenig Kosolvent absorbiert wird. Andererseits wird bei einem relativ hohen Kosolventanteil g (z.B. g = 1 bei purem Kosolvent) zwar anteilig viel Kosolvent absorbiert. Die Viskosität η(T, g) des Flüssigkeitsgemisches 505 ist jedoch relativ hoch, so dass nur relativ wenig Flüssigkeitsgemisch 505 absorbiert wird.
Folglich ergibt sich ein Bereich mit einem dazwischenliegenden Kosolventanteil g (z.B. bei g zwischen 0,3 und 0,7), der einen vorteilhaften (ggf. optimalen) Kompromiss zwischen einer relativ niedrigen Viskosität und einem relativ hohen Kosolventanteil g darstellt, um die Absorption einer möglichst großen Menge an Kosolvent zu bewirken.
Die Absorption von Kosolvent wird typischerweise durch eine relativ hohe Temperatur T unterstützt. Bei einer zu hohen Temperatur T ist jedoch die Verdunstungsrate des Wassers so hoch, dass g relativ schnell gegen 100% tendiert, so dass ein vorteilhafter Bereich für die Kosolvent-Absorptionsgröße $\frac{g}{\sqrt{η (T, g)}}$
gar nicht oder nur relativ kurzzeitig (z.B. für weniger als eine halbe Sekunde) erreicht wird. Der Trocknungsprozess wird daher vorteilhaft derart gestaltet, dass die Temperatur T und/oder Verdunstungsrate derart niedrig gehalten werden, dass für einen möglichst langen Zeitraum eine Kombination aus Temperatur T und Kosolventanteil g gehalten wird, die einen der o.g. Bereiche der Kosolvent-Absorptionsgröße bewirkt.
3b zeigt eine alternative Darstellung des Kennfelds 300 mit unterschiedlichen Kennlinien 311 für unterschiedliche Temperaturen T. Die Kennlinien 311 zeigen jeweils die Kosolvent-Absorptionsgröße $A = \frac{g}{\sqrt{η (T, g)}}$
als Funktion des Kosolventanteils g an. Aus 3b ist ersichtlich, dass sich für eine bestimmte Temperatur T jeweils ein Maximalwert der Kosolvent-Absorptionsgröße A bei einem mittleren Wert des Kosolventanteils g ergibt.
3c zeigt beispielhafte zeitliche Verläufe der Temperatur T und des Kosolventanteils g bei einem Trocknungsvorgang. Der Aufzeichnungsträger 120 wird während des Trocknungsvorgangs entlang einer Trocknungstrecke an Konvektions-Trocknungsmodulen 160 vorbeigeführt. 3c veranschaulicht, in zwei Zeilen einer Trocknungsstrecke 330 jeweils als schwarze Rechtecke Trocknungsmodule 160, die auf die Vorderseite des Aufzeichnungsträgers 120 einwirken (obere Zeile), und Trocknungsmodule 160, die auf die Rückseite des Aufzeichnungsträgers 120 einwirken (untere Zeile). Des Weiteren veranschaulicht 3c den zeitlichen Verlauf der Masse 341 an Wasser und den zeitlichen Verlauf der Masse an Kosolvent 342 in dem Flüssigkeitsgemisch 505 auf der Oberfläche des Aufzeichnungsträgers 120.
Der Trocknungsvorgang beginnt an einem Anfangszeitpunkt 321 mit einer ersten Phase (bzw. mit einer Anfangsphase), in der die Temperatur T des Flüssigkeitsgemisches 505 relativ stark und/oder relativ schnell erhöht wird, insbesondere auf eine Temperatur T, die bei 65% oder mehr der Siedetemperatur T_S von Wasser liegt (z.B. bei 65°C oder mehr). Andererseits wird die Temperatur T bevorzugt unterhalb der Siedetemperatur T_S gehalten (um ein zu schnelles Verdunsten des Wassers in dem Flüssigkeitsgemisch 505 zu vermeiden). Eine relativ starke Temperaturerhöhung kann z.B. durch den Betrieb von Konvektions-Trocknungsmodulen 160 erreicht werden, die sowohl auf die Vorderseite als auch auf die Rückseite des Aufzeichnungsträgers 120 einwirken. In der ersten Phase des Trocknungsvorgangs erfolgt dabei nur ein relativ geringer Anstieg des Kosolventanteils g (z.B. nur ein Anstieg um 30%-Punkte oder weniger, oder um 25%-Punkte oder weniger, oder um 15%- Punkte oder weniger). Dies kann insbesondere aufgrund der (zumindest anfänglich) relativ niedrigen Temperatur T des Flüssigkeitsgemisches 505 und der damit verbundenen relativ niedrigen Verdunstungsrate von Wasser bewirkt werden.
Eine zweite Phase (bzw. eine Hauptphase) des Trocknungsvorgangs beginnt zum Zeitpunkt 322. In der zweiten Phase wird die Temperatur T des Flüssigkeitsgemisches 505 bei 65% oder mehr der Siedetemperatur T_S von Wasser (aber bevorzugt unterhalb der Siedetemperatur T_S von Wasser) gehalten. Dabei wird der Kosolventanteil g aufgrund der Verdunstung von Wasser nach-und-nach auf 90% oder mehr, oder auf 95% oder mehr erhöht. Es werden jedoch ein oder mehrere Maßnahmen ergriffen, um die Verdunstungsrate des Wassers möglichst gering zu halten und/oder um den Trocknungsvorgang möglichst lang in der zweiten Phase zu belassen. In dem in 3c dargestellten Beispiel werden z.B. in der zweiten Phase keine Konvektions-Trocknungsmodule 160 eingesetzt, die auf die Vorderseite des Aufzeichnungsträgers 120 einwirken, um die Verdunstungsrate von Wasser zu reduzieren. Die Trocknung in der zweiten Phase kann z.B. derart erfolgen (insbesondere mit einer derart geringen Verdunstungsrate des Wassers), dass die Zeitdauer der zweiten Phase länger ist (insbesondere um einen Faktor 1,2 oder mehr) als die Zeitdauer der ersten Phase.
In einer dritten Phase (bzw. in einer Endphase) kann dann ab dem dritten Zeitpunkt 323 eine Erwärmung des Flüssigkeitsgemisches 505 über die Siedetemperatur T_S hinaus erfolgen (z.B. auf eine Temperatur T, die zwischen 120% und 150% der Siedetemperatur T_S liegt). So kann ein vollständiges Verdunsten des Wassers bewirkt werden, und damit der Kosolventanteil g auf 100% erhöht werden. Des Weiteren kann aufgrund der relativ hohen Temperatur T eine weitere Absorption von Kosolvent in den Aufzeichnungsträger 120 bewirkt werden. Im Anschluss an die dritte Phase kann dann ein (kontrolliertes) Abkühlen des Aufzeichnungsträgers 120 bewirkt werden.
Die in diesem Dokument beschriebenen Aspekt wurden für ein Flüssigkeitsgemisch 505 aus Wasser und Kosolvent bei der Fixierung einer Tintenschicht 500 beschrieben. Allgemein lassen sich die beschriebenen Aspekte auf ein Flüssigkeitsgemisch 505 aus einer ersten Komponente mit einer relativ geringen Viskosität, die relativ leicht verdunstet, (z.B. Wasser) und einer zweiten Komponente mit einer relativ hohen Viskosität, die kaum verdunstet, (z.B. Kosolvent) beziehen, wobei die zweite Komponente möglichst schnell und/oder möglichst vollständig von einem Substrat 120 absorbiert werden soll. Die Absorption der zweiten Komponente kann dadurch verbessert, insbesondere beschleunigt, werden, dass die zweite Komponente für einen möglichst langen Zeitraum mit der ersten Komponente verdünnt wird.
Die speziell für Wasser und/oder Kosolvent beschriebenen Aspekte gelten allgemein für ein Flüssigkeitsgemisch 505 mit einer ersten Komponente und einer zweiten Komponente.
Wie aus 3b ersichtlich, weist die Kurve der Absorptionsgröße $A = \frac{g}{\sqrt{η (T, g)}}$
für die zweite Komponente als Funktion des Anteils g der zweiten Komponente in dem Flüssigkeitsgemisch 505 bei einem bestimmten Wert g_max ein Maximum A_max auf und fällt in Richtung zu g = 0 bzw. g = 1 ab. Für einen Fixier- und/oder Trocknungs- bzw. Absorptionsprozess kann bevorzugt über einen möglichst langen Zeitraum ein Bereich von g verwendet werden, der einen Werte der Absorptionsgröße A bewirkt, der höchstens um 20% unter dem Maximalwert A_max der Absorptionsgröße A liegt.
4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 400 zum Trocknen eines Flüssigkeitsgemisches 505 auf der Oberfläche eines Substrats 120, insbesondere auf der Oberfläche eines Aufzeichnungsträgers. Das Flüssigkeitsgemisch 505 umfasst eine erste Komponente mit einer relativ niedrigen Viskosität und eine zweite Komponente mit einer relativ hohen Viskosität. Das Flüssigkeitsgemisch 505 kann Teil einer Tintenschicht 500 sein. Des Weiteren kann die erste Komponente Wasser und/oder die zweite Komponente einen Kosolvent (wie z.B. Glyzerin) umfassen. Das Verfahren 400 kann somit darauf ausgerichtet sein, ein Tinten-basiertes Druckbild zu trocknen bzw. zu fixieren.
Die erste Komponente kann eine höhere Verdunstungsrate aufweisen als die zweite Komponente. Mit anderen Worten, die erste Komponente kann eine Tendenz aufweisen, sich schneller aus dem Flüssigkeitsgemisch 505 zu verflüchtigen (insbesondere bei Erwärmen des Flüssigkeitsgemisches 505) als die zweite Komponente. Dabei kann die Verdunstungsrate derart gering sein, dass es während des Trocknungsprozesses im Wesentlichen zu keiner Verdunstung der zweiten Komponente kommt (beispielsweise verdunsten weniger als 10% oder 5% der zweiten Komponente während des Trocknungsprozesses). Des Weiteren weist die erste Komponente eine Siedetemperatur T_S auf. Die Siedetemperatur T_S der ersten Komponente ist typischerweise niedriger (insbesondere um einen Faktor 1,5 oder mehr, 2 oder mehr, oder 3 oder mehr) als die Siedetemperatur der zweiten Komponente. Ferner weist das Substrat 120 Poren 503 auf, die ausgebildet sind, das Flüssigkeitsgemisch 505 zu absorbieren. Dabei hängt die Absorptionsrate typischerweise von der Temperatur T und/oder von der Viskosität des Flüssigkeitsgemisches 505 ab.
Das Verfahren 400 kann insbesondere darauf ausgerichtet sein, dass im Anschluss an einen Trocknungsvorgang ein möglichst geringer Anteil der zweiten Komponente auf der Oberfläche des Substrats 120 verbleibt. Zu diesem Zweck kann im Rahmen des Verfahrens 400 bewirkt werden, dass die zweite Komponente möglichst schnell und/oder in einem anteilig möglichst großen Umfang von dem Substrat 120 absorbiert wird.
Der Trocknungsvorgang des Flüssigkeitsgemisches 505 kann als beendet betrachtet werden, wenn (insbesondere sobald) die erste Komponente im Wesentlichen vollständig (z.B. zu 95% oder mehr, oder zu 99% oder mehr) von der Oberfläche des Substrats 120 beseitigt wurde. Das Verfahren 400 kann somit darauf ausgelegt sein, in der Gesamt-Trocknungszeitdauer, die dafür benötigt wird, die erste Komponente von der Oberfläche des Substrats zu beseitigen (z.B. durch Verdunstung), auch die zweite Komponente möglichst vollständig von der Oberfläche des Substrats zu beseitigen (z.B. durch Absorption in die Poren 503 des Substrates 120).
Das Verfahren 400 umfasst das Zuführen 401 von thermischer Energie 501 zu dem Flüssigkeitsgemisch 505 während des Trocknungsvorgangs. Des Weiteren umfasst das Verfahren 400 das Anpassen und/oder das Steuern 402 der Verdunstungsrate der ersten Komponente während des Trocknungsvorgangs. Die thermische Energie 501 zur Trocknung kann dabei durch ein oder mehrere unterschiedliche Trocknungsmethoden zugeführt werden, wie z.B. durch eine Trocknung mittels eines temperierten Trocknungsmediums 164 (wie z.B. Heißluft), durch eine Trocknung mittels Strahlung 184 (wie z.B. IR Strahlung), und/oder durch Aufheizen der Rückseite des Substrats 120 (z.B. mittels eines Heizsattels). Die unterschiedlichen Trocknungsmethoden können zumindest teilweise unterschiedliche Verdunstungsraten der ersten Komponente bewirken. Dabei können durch die unterschiedlichen Trocknungsmethoden auch bei gleicher Temperatur T des Flüssigkeitsgemisches 505 auf der Oberfläche des Substrats 120 unterschiedliche Verdunstungsraten der ersten Komponente bewirkt werden. Beispielsweise kann durch eine Trocknung mittels eines temperierten Trocknungsmediums 164, das auf die Rückseite des Substrats 120 einwirkt, eine relativ geringe Verdunstungsrate der ersten Komponente bewirkt werden, im Vergleich zu einer Trocknung mittels eines temperierten Trocknungsmediums 164, das auf die Vorderseite des Substrats 120 (auf der sich das Flüssigkeitsgemisch 505 befindet) einwirkt (bei gleicher Temperatur T des Flüssigkeitsgemisches 505).
Die thermische Energie 501 kann derart zugeführt werden, dass die Temperatur T des Flüssigkeitsgemisches 505 auf der Oberfläche des Substrats 120 und der Anteil g der zweiten Komponente in dem Flüssigkeitsgemisch 505 auf der Oberfläche des Substrats 120 während des Trocknungsvorgangs zumindest zeitweise in einem Wertebereich gehalten werden, in dem eine Absorptionsgröße A für die zweite Komponente über einem Mindestwert liegt. Insbesondere kann durch Einstellen der Temperatur T und des Anteils g der zweiten Komponente bewirkt werden, dass die Absorptionsgröße A, die die Absorptionsrate der zweiten Komponente anzeigt, für einen Mindest-Zeitanteil der Gesamt-Trocknungszeitdauer des Trocknungsvorgangs über dem Mindestwert liegt.
Die Absorptionsgröße A kann von dem Term $\frac{g}{\sqrt{η}}$
abhängen (bzw. proportional zu diesem Term sein). Dabei ist η die Viskosität des Flüssigkeitsgemisches 505 auf der Oberfläche des Substrats 120 an, wobei die Viskosität typischerweise von der Temperatur T und von dem Anteil g der zweiten Komponente abhängig ist.
Es wird somit ein Verfahren 400 beschrieben, bei dem einem Flüssigkeitsgemisch 505 auf einem Substrat 120, das eine erste Komponente, z.B. Wasser, und eine zweite Komponente, z.B. Kosolvent, aufweist, derart thermische Energie 501 zugeführt wird und dabei die Verdunstungsrate der ersten Komponente gesteuert wird, dass die Absorptionsgröße A (insbesondere $A = \frac{g}{\sqrt{η}}$
), die von dem Anteil g der zweiten Komponente in dem Flüssigkeitsgemisch 505 und von der Viskosität η des Flüssigkeitsgemisches 505 abhängt, während des Trocknungsvorgangs möglichst lang möglichst hohe Werte annimmt. Zu diesem Zweck kann die Absorptionsgröße A in einer Anfangsphase des Trocknungsvorgangs in einen relativ hohen Wertebereich gebracht werden (z.B. bei 60% oder mehr, 70% oder mehr, 80% oder mehr, oder 90% oder mehr eines Maximalwertes A_max der Absorptionsgröße A). In einer Hauptphase des Trocknungsvorgangs kann die Absorptionsgröße dann möglichst lang in dem relativ hohen Wertebereich gehalten werden (z.B. für 10% oder mehr, 20% oder mehr, oder 50% oder mehr der Gesamt-Trocknungszeitdauer). So kann zuverlässig bewirkt werden, dass sich im Anschluss an den Trocknungsvorgang eine möglichst geringe Menge der zweiten Komponente an der Oberfläche des Substrats 120 befindet.
Mit anderen Worten, es wird ein Verfahren 400 zum Trocknen eines Flüssigkeitsgemisches 505 beschrieben, bei dem durch das Anpassen bzw. Steuern der Verdunstungsrate der ersten Komponente während des Trocknungsprozesses das Mischungsverhältnis g aus der ersten und der zweiten Komponente in dem Flüssigkeitsgemisch 505 derart gesteuert wird, dass während des Trocknungsprozesses die verdünnende Wirkung der ersten Komponente (möglichst lang) dazu genutzt wird, die zweite Komponente möglichst effektiv in dem Substrat 120 absorbieren zu können. Dabei wird beim Anpassen bzw. Steuern der Verdunstungsrate darauf geachtet, dass die Verdünnung des Flüssigkeitsgemisches 505 mit der ersten Komponente nicht zu stark wird bzw. bleibt, um zu vermeiden, dass eine unnötig hohe Menge der ersten Komponente von dem Substrat 120 absorbiert wird (und damit die Absorptionsfähigkeit des Substrats 120 zur Absorption der zweiten Komponente reduziert wird). Des Weiteren wird beim Anpassen bzw. Steuern der Verdunstungsrate darauf geachtet, dass der Anteil der ersten Komponente nicht zu gering wird, und dadurch die Absorption des Flüssigkeitsgemisches 505 gehemmt wird. Die Absorptionsgröße A, insbesondere $A \sim \frac{g}{\sqrt{η}},$
ist dabei ein Indikator dafür, bei welchem Mischungsverhältnis g die zweite Komponente möglichst effektiv absorbiert wird.
Im Rahmen des Trocknungsvorgangs kann dem Flüssigkeitsgemisch 505 derart thermische Energie 501 zugeführt werden, dass die Temperatur T des Flüssigkeitsgemisches 505 während des Trocknungsvorgangs (insbesondere während der ersten und zweiten Phase des Trocknungsvorgangs) eine Maximaltemperatur nicht übersteigt (aber ggf. erreicht). Die Maximaltemperatur (der ersten und zweiten Phase des Trocknungsvorgangs kann z.B. der Siedetemperatur T_S der ersten Komponente entsprechen. Typischerweise steigt mit steigender Temperatur T (zumindest im Durchschnitt) der Wert der Absorptionsgröße A. Die Absorptionsgröße A kann bei der Maximaltemperatur für einen bestimmten Wert g_max des Anteils g der zweiten Komponente in dem Flüssigkeitsgemisch 505 einen Maximal- bzw. Referenzwert A_max aufweisen. Der Mindestwert der Absorptionsgröße A, der für den Mindest-Zeitanteil der Gesamt-Trocknungszeitdauer des Trocknungsvorgangs nicht unterschritten wird, kann 60% oder mehr, 70% oder mehr, 80% oder mehr, oder 90% oder mehr des Maximalwertes A_max der Absorptionsgröße A sein. Die Temperatur T und/oder der Anteil g der zweiten Komponente in dem Flüssigkeitsgemisch 505 können somit derart während des Trocknungsvorgangs eingestellt werden, dass die Absorptionsgröße A zumindest zeitweise Werte aufweist, die den Maximalwert A_max der Absorptionsgröße A um weniger als 40%, 30%, 20% oder 10% unterschreiten. So kann eine besonders zuverlässige und umfassende Absorption der zweiten Komponente bewirkt werden.
Der Mindest-Anteil der Gesamt-Trocknungszeitdauer kann 10% oder mehr, 20% oder mehr, oder 50% oder mehr sein. Es kann somit durch eine geeignete Einstellung der Temperatur T und/oder des Anteils g der zweiten Komponente in dem Flüssigkeitsgemisch 505 während des Trocknungsvorgangs bewirkt werden, dass während eines wesentlichen Anteils des Trocknungsvorgangs die zweite Komponente mit einer relativ hohen Absorptionsrate von dem Substrat 120 absorbiert wird.
Alternativ oder ergänzend können die Temperatur T und/oder der Anteil g der zweiten Komponente in dem Flüssigkeitsgemisch 505 während des Trocknungsvorgangs derart eingestellt werden, dass der durchschnittliche Wert der Absorptionsgröße A (insbesondere von $\frac{g}{\sqrt{η}}$
) während des gesamten Trocknungsvorgangs 20% oder mehr, 30% oder mehr, oder 40% oder mehr des Maximalwerts A_max der Absorptionsgröße A ist. So kann bewirkt werden, dass ein wesentlicher Anteil der zweiten Komponente aus dem Flüssigkeitsgemisch 505 absorbiert wird.
In einem konkreten Beispiel (z.B. für Wasser als erste Komponente, für Glyzerin als zweite Komponente und für ein papier-basiertes Substrat 120) kann der Maximalwert A_max der Absorptionsgröße A bei $\frac{15}{\sqrt{P a \cdot s}}$
oder mehr liegen.
Während des Trocknungsvorgangs kann dem Flüssigkeitsgemisch 505 derart thermische Energie 501 zugeführt werden, dass der Anteil g der zweiten Komponente in dem Flüssigkeitsgemisch 505 auf der Oberfläche des Substrats 120 ausgehend von einem Anfangsanteil zu Beginn des Trocknungsvorgangs, der z.B. bei 30% oder weniger liegt, bis zu einem Endanteil von 90% oder mehr, oder 95% oder mehr erhöht wird. Es kann somit im Rahmen der Trocknung bewirkt werden, dass die erste Komponente im Wesentlichen vollständig von der Oberfläche des Substrats 120 beseitigt wird.
Die Einstellung eines möglichst großen Wertes der Absorptionsgröße A während eines Trocknungsvorgangs kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass während des Trocknungsvorgangs die Verdunstungsrate der ersten Komponente angepasst und/oder verändert wird. Insbesondere kann in einer ersten Phase des Trocknungsvorgangs ein Aufheizen des Flüssigkeitsgemisches 505 mit einer relativ niedrigen Verdunstungsrate bewirkt werden. Dies kann z.B. durch Verwendung zumindest einer Trocknungsmethode erreicht werden, bei der Heizstrahlung 184 und/oder bei der ein (das Substrat 120 berührender) Heizsattel verwendet wird.
Des Weiteren kann in einer zweiten Phase des Trocknungsvorgangs ein Halten der Temperatur des Flüssigkeitsgemisches 505 mit einer relativ niedrigen Verdunstungsrate bewirkt werden. Das Halten der Temperatur des Flüssigkeitsgemisches 505 bei einer relativ niedrigen Verdunstungsrate kann z.B. mit einer Trocknungsmethode erreicht werden, bei der Heizstrahlung 184 und/oder bei der ein Heizsattel und/oder bei der ein Trocknungsmedium 164 von der Rückseite des Substrats 120 verwendet wird. Durch Reduzieren der Verdunstungsrate während des Trocknungsvorgangs kann in besonders zuverlässiger und effizienter Weise bewirkt werden, dass die Absorptionsgröße A möglichst lang auf einem relativ hohen Wert gehalten werden kann.
Während des Trocknungsvorgangs kann dem Flüssigkeitsgemisch 505 derart thermische Energie 501 zugeführt werden, dass in einer ersten Phase des Trocknungsvorgangs die Temperatur T des Flüssigkeitsgemisches 505 relativ stark ansteigt, insbesondere bis zu einer Temperatur T von 80% oder mehr der für den Trocknungsvorgang verwendeten Maximaltemperatur (z.B. bis zu einer Temperatur T zwischen 80% und 95% der Maximaltemperatur). Andererseits kann dem Flüssigkeitsgemisch 505 derart thermische Energie 501 zugeführt werden, dass in der ersten Phase der Anteil g der zweiten Komponente in dem Flüssigkeitsgemisch 505 relativ wenig steigt, insbesondere um 10%-Punkte oder weniger. Ein relativ starker Anstieg der Temperatur T und eine relativ geringe Veränderung des Anteils g der zweiten Komponente in dem Flüssigkeitsgemisch 505 kann durch eine Trocknungsmethode bewirkt werden, bei der die erste Komponente eine relativ geringe Verdunstungsrate aufweist (wie z.B. durch Einwirkung von Strahlung 184 und/oder durch Heizen des Substrats 120 von der Rückseite her).
Des Weiteren kann dem Flüssigkeitsgemisch 505 derart thermische Energie 501 zugeführt werden, dass die Temperatur T des Flüssigkeitsgemisches 505 relativ wenig verändert wird, insbesondere um maximal 10%, während der Anteil g der zweiten Komponente in dem Flüssigkeitsgemisch 505 relativ stark zunimmt, insbesondere um 25%-Punkte oder mehr. Dies kann z.B. durch eine Trocknungsmethode bewirkt werden, bei der die erste Komponente eine relativ hohe Verdunstungsrate aufweist (wie z.B. durch Einwirken eines Trocknungsmediums 164).
Wie aus 3a ersichtlich, können das Aufheizen des Flüssigkeitsgemisches 505 und das Erhöhen des Anteils g der zweiten Komponente ggf. vertauscht und/oder kombiniert durchgeführt werden. Beispielsweise kann in einer kombinierten (Anfangs-) Phase thermische Energie mit einer mittleren Verdunstungsrate der ersten Komponente zugeführt werden (z.B. durch kombiniertes Einwirken eines Trocknungsmediums 164 und Strahlung 184 (ggf. mit zusätzlichem Heizen des Substrats 120 von der Rückseite her). Durch eine kombinierte Durchführung der ersten und der zweiten Phase kann der o.g. Wertebereich der Absorptionsgröße A (z.B. 60%, 70%, 80%, 90% oder mehr des Maximalwertes A_max der Absorptionsgröße A) beschleunigt und/oder mit einer verkürzten Trocknungsstrecke erreicht werden.
In einer (ggf. kombinierten) Anfangsphase des Trocknungsvorgangs kann dem Flüssigkeitsgemisch 505 somit derart thermische Energie 501 zugeführt werden, dass die Temperatur T des Flüssigkeitsgemisches 505 relativ stark ansteigt, insbesondere bis zu einer Temperatur T von 80% oder mehr der für den Trocknungsvorgang verwendeten Maximaltemperatur, während der Anteil g der zweiten Komponente in dem Flüssigkeitsgemisch 505 aufgrund einer mittleren Verdunstungsrate der ersten Komponente zunimmt, insbesondere um 25%-Punkte oder mehr.
Ferner kann dem Flüssigkeitsgemisch 505 derart thermische Energie 501 zugeführt werden, dass in einer zweiten Phase bzw. in einer Hauptphase des Trocknungsvorgangs die Temperatur T des Flüssigkeitsgemisches 505 auf einer relativ hohen Temperatur (insbesondere bei 65% oder mehr der Siedetemperatur der ersten Komponente) gehalten wird. Der Anteil g der zweiten Komponente in dem Flüssigkeitsgemisch 505 kann dabei (bei einer relativ niedrigen Verdunstungsrate der ersten Komponente) erhöht werden, insbesondere auf 95% oder mehr. Es kann somit in der zweiten Phase eine Trocknungsmethode bewirkt werden, bei der die erste Komponente eine relativ geringe Verdunstungsrate aufweist (wie z.B. durch Einwirkung von Strahlung 184 und/oder durch Heizen des Substrats 120 von der Rückseite her). Die zweite Phase kann sich dabei über 30% oder mehr, 40% oder mehr, oder 50% oder mehr der Gesamt-Trocknungszeitdauer eines Trocknungsvorgangs erstrecken. Dabei können die Temperatur T und/oder der Anteil g der zweiten Komponente während der zweiten Phase derart eingestellt werden, dass der Wert der Absorptionsgröße A bei 70%, 80%, 90% oder mehr des Maximalwertes A_max der Absorptionsgröße A liegt.
Es kann somit für die Trocknung eines Flüssigkeitsgemisches 505 auf einem Substrat 120 eine Trocknungsstrecke bereitgestellt werden, in der das Flüssigkeitsgemisch 505 unterschiedlichen Trocknungsmethoden ausgesetzt wird. Beispielsweise kann die Trocknungstrecke in einem ersten Bereich (für die erste Phase des Trocknungsvorgangs) ein oder mehrere Wärmeleitungs-Trocknungsmodule 170 und/oder ein oder mehrere Strahlungs-Trocknungsmodule 180 aufweisen, um die Temperatur T des Flüssigkeitsgemisches 505 mit einer relativ niedrigen Verdunstungsrate der ersten Komponente zu erhöhen.
Außerdem kann die Trocknungsstrecke in einem zweiten Bereich (für die zweite Phase bzw. für die Hauptphase des Trocknungsvorgangs) ein oder mehrere Wärmeleitungs-Trocknungsmodule 170 und/oder ein oder mehrere Strahlungs-Trocknungsmodule 180 aufweisen, um die Temperatur T des Flüssigkeitsgemisches 505 mit einer relativ niedrigen Verdunstungsrate der ersten Komponente auf einem relativ hohen Wert (z.B. bei 65% oder mehr der Siedetemperatur T_S der ersten Komponente) zu halten, und um dadurch den Wert der Absorptionsgröße A möglichst lang oberhalb des Mindestwertes (z.B. von 70%, 80%, 90% oder mehr des Maximalwertes A_max der Absorptionsgröße A) zu halten.
In einer dritten Phase bzw. in einer Endphase kann dann bei einer relativ hohen Temperatur T (z.B. bei 90% oder mehr der Maximaltemperatur) der Anteil g der zweiten Komponente erhöht werden (z.B. bis auf g = 1), um den Trocknungsvorgang abzuschließen. Zu diesem Zweck können ein oder mehrere Konvektions-Trocknungsmodule 160 eingesetzt werden.
Durch eine Kombination von unterschiedlichen Typen von Trocknungsmodulen 160, 170, 180 entlang einer Trocknungstrecke kann somit in besonders zuverlässiger Weise bewirkt werden, dass sich im Anschluss an einen Trocknungsvorgang keine zweite Komponente mehr an der Oberfläche eines Substrats 120 befindet.
Das Verfahren 400 kann somit das Verwenden von unterschiedlichen Trocknungsmethoden zur Trocknung des Flüssigkeitsgemisches 505 auf der Oberfläche des Substrats 120 während des Trocknungsvorgangs umfassen, wobei die unterschiedlichen Trocknungsmethoden unterschiedliche Verdunstungsraten für die erste Komponente aufweisen. Beispielhafte Trocknungsmethoden sind: eine Trocknung mittels eines temperierten Trocknungsmediums 164, eine Trocknung mittels Strahlung 184, und/oder eine Trocknung durch Aufheizen der Rückseite des Substrats 120. Die unterschiedlichen Trocknungsmethoden können dabei zumindest teilweise in unterschiedlichen Phasen eines Trocknungsvorgangs verwendet werden, um einen zeitlichen Verlauf 304 der Kombination aus der Temperatur T und aus dem Anteil g der zweiten Komponente zu bewirken, für den die Absorptionsgröße A im zeitlichen Durchschnitt einen möglichst großen Wert aufweist (z.B. von 20%, 30%, 40% oder mehr des Maximalwerts A_max der Absorptionsgröße A).
Alternativ oder ergänzend kann während eines Trocknungsvorgangs die Feuchtigkeit von Gas in der direkten Umgebung des Flüssigkeitsgemisches 505 auf der Oberfläche des Substrats 120 angepasst werden. Beispielsweise kann die Feuchtigkeit des Trocknungsmediums 164 zur Trocknung des Flüssigkeitsgemisches 505 während eines Trocknungsvorgangs verändert werden, um die Verdunstungsrate der ersten Komponente zu verändern.
Es wird somit ein Verfahren 400 zum Trocknen eines Flüssigkeitsgemisches 505 beschrieben, das während des Trocknungsvorgangs das Zuführen 401 von thermischer Energie 501 zu dem Flüssigkeitsgemisch 505 und das Anpassen 402 der Verdunstungsrate der ersten Komponente umfasst. Der Trocknungsvorgang kann mehrere unterschiedliche Phasen aufweisen. Insbesondere kann in einer ersten Phase bzw. in einer Anfangsphase des Trocknungsvorgangs die Temperatur T des Flüssigkeitsgemisches 505 auf der Oberfläche des Substrats 120 relativ stark erhöht werden, insbesondere bis zu einer Temperatur T von 80% oder mehr einer für den Trocknungsvorgang verwendeten Maximaltemperatur. Alternativ oder ergänzend kann die Temperatur T auf 65% oder mehr der Siedetemperatur T_S der ersten Komponente erhöht werden. Des Weiteren kann in der Anfangsphase der Anteil g der zweiten Komponente in dem Flüssigkeitsgemisch 505 auf der Oberfläche des Substrats 120 ausgehend von einem Anfangsanteil bis zu einem Zielanteil erhöht werden, insbesondere um 10%-Punkte bis 30%-Punkte. Der Zielanteil kann z.B. zwischen 20%, 10% oder weniger unterhalb von g_max und g_max liegen (wobei bei dem Wert g_max der Maximalwert A_max der Absorptionsgröße A vorliegt). Alternativ oder ergänzend kann der Zielanteil zwischen 0,3 und 0,7 liegen. Alternativ oder ergänzend kann der Zielanteil bei 40% oder weniger liegen.
Des Weiteren kann in einer zweiten Phase bzw. in einer Hauptphase des Trocknungsvorgangs die Temperatur T des Flüssigkeitsgemisches 505 relativ wenig verändert wird, insbesondere um 10% oder weniger. Alternativ oder ergänzend kann die Temperatur T des Flüssigkeitsgemisches 505 bei 65% oder mehr der Siedetemperatur T_S der ersten Komponente gehalten werden. In der zweiten Phase kann der Anteil g der zweiten Komponente in dem Flüssigkeitsgemisch 505 bei relativ hoher Temperatur des Flüssigkeitsgemisches 505 nach-und-nach auf 90% oder mehr oder auf 95% oder mehr erhöht werden. In der Hauptphase kann die Absorptionsgröße A in einem relativ hohen Wertebereich gehalten werden (z.B. oberhalb von 50% oder mehr, 60% oder mehr, 70% oder mehr, oder 80% oder mehr des Maximalwertes A_max Absorptionsgröße A). Die Hauptphase kann sich über 10% oder mehr, 20% oder mehr, oder 50% oder mehr der Gesamt-Trocknungszeitdauer erstecken. Insbesondere kann die Hauptphase länger sein als die Anfangsphase. In der Hauptphase können ein oder mehrere Trocknungsmethoden mit einer geringen Verdunstungsrate für die erste Komponente (insbesondere mittels Strahlung 184 und/oder Heizsattel) verwendet werden. Alternativ oder ergänzend kann ein Trocknungsmedium 154 verwendet werden, das einen relativ hohen Anteil an der ersten Komponente (insbesondere an Wasser) umfasst.
Außerdem kann der Trocknungsvorgang eine Endphase (bzw. eine dritte Phase) umfassen, in der die Temperatur T des Flüssigkeitsgemisches 505 ggf. über die Siedetemperatur der ersten Komponente hinaus erhöht wird. Dadurch kann der Anteil der ersten Komponente (der z.B. (1 - g) entspricht) in dem Flüssigkeitsgemisch 505 aufgrund einer relativ hohen Verdunstungsrate der ersten Komponente relativ stark reduziert werden, insbesondere auf 10%, 5% oder weniger. Des Weiteren kann aufgrund der relativ hohen Temperatur T des Flüssigkeitsgemisches 505 eine weitere Absorption der zweiten Komponente in das Substrat 120 bewirkt werden. In der Endphase kann eine Trocknungsmethode mit einer relativ hohen Verdunstungsrate verwendet werden.
Des Weiteren wird in diesem Dokument eine Trocknungseinheit 150 zur Trocknung eines Flüssigkeitsgemisches 505 auf der Oberfläche eines Substrats 120 beschrieben. Das Flüssigkeitsgemisch 505 umfasst eine erste Komponente (z.B. Wasser) mit einer relativ niedrigen Viskosität und eine zweite Komponente (z.B. ein Kosolvent) mit einer relativ hohen Viskosität, wobei die erste Komponente eine höhere Verdunstungsrate aufweist als die zweite Komponente.
Die Trocknungseinheit 150 ist eingerichtet, während des Trocknungsvorgangs dem Flüssigkeitsgemisch 505 derart thermische Energie 501 zuzuführen und dabei die Verdunstungsrate der ersten Komponente derart anzupassen bzw. zu steuern, dass die Temperatur T des Flüssigkeitsgemisches 505 und der Anteil g der zweiten Komponente in dem Flüssigkeitsgemisch 505 auf der Oberfläche des Substrats 120 für einen Mindest-Zeitanteil der Gesamt-Trocknungszeitdauer des Trocknungsvorgangs in einem Wertebereich gehalten werden, in dem die Absorptionsgröße A für die zweite Komponente über einem Mindestwert (z.B. von 50%, 60% oder mehr des Maximalwertes A_max der Absorptionsgröße A) liegt.
Alternativ oder ergänzend kann die Trocknungseinheit 150 eingerichtet sein, während des Trocknungsvorgangs dem Flüssigkeitsgemisch 505 derart thermische Energie 501 zuzuführen und dabei die Verdunstungsrate der ersten Komponente derart anzupassen, dass in einer ersten Phase (bzw. in einer Anfangsphase) des Trocknungsvorgangs die Temperatur T des Flüssigkeitsgemisches 505 auf der Oberfläche des Substrats 120 bis zu einer Temperatur von 65% oder mehr (oder 70% oder mehr oder 80% oder mehr) der Siedetemperatur T_S der ersten Komponente ansteigt, während der Anteil g der zweiten Komponente in dem Flüssigkeitsgemisch 505 auf der Oberfläche des Substrats 120 ausgehend von einem Anfangsanteil (nur) um 10%-Punkte bis 30%-Punkte ansteigt. Der Anfangsanteil der zweiten Komponente in dem Flüssigkeitsgemisch 505 kann bei 25% oder weniger liegen. Der Anteil g der zweiten Komponente in dem Flüssigkeitsgemisch 505 kann am Ende der zweiten Phase bei 40% oder weniger liegen.
Des Weiteren kann derart thermische Energie 501 zugeführt und dabei die Verdunstungsrate der ersten Komponente angepasst werden, dass in einer zweiten Phase (bzw. in einer Hauptphase) des Trocknungsvorgangs die Temperatur T des Flüssigkeitsgemisches 505 bei 65% oder mehr (oder 70% oder mehr oder 80% oder mehr) der Siedetemperatur T_S der ersten Komponente liegt, während der Anteil g der zweiten Komponente in dem Flüssigkeitsgemisch 505 auf 95% oder mehr erhöht wird.
Dem Flüssigkeitsgemisch 505 kann insbesondere derart thermische Energie 501 zugeführt und/oder die Verdunstungsrate der ersten Komponente kann derart angepasst werden, dass die Zeitdauer der zweiten Phase länger als die Zeitdauer der ersten Phase ist (insbesondere um einen Faktor von 1,2 oder mehr). Alternativ oder ergänzend kann der Trocknungsvorgang derart gesteuert werden, dass die Zeitdauer der zweiten Phase 25% oder mehr, insbesondere 50% oder mehr, der Gesamt-Trocknungszeitdauer des Trocknungsvorgangs ist. So kann eine besonders zuverlässige und vollständige Absorption der zweiten Komponente in das Substrat 120 bewirkt werden.
Der Trocknungsvorgang kann derart gesteuert werden, dass die Temperatur T des Flüssigkeitsgemisches 505 innerhalb der ersten und/oder der zweiten Phase unterhalb der Siedetemperatur der ersten Komponente gehalten wird. So kann die Verdunstungsrate innerhalb der zweiten Phase relativ gering gehalten werden (um die anteilige Zeitdauer der zweiten Phase an der Gesamt-Trocknungszeitdauer des Trocknungsvorgangs zu erhöhen).
Die Trocknungseinheit 150 kann eingerichtet sein, während des Trocknungsvorgangs dem Flüssigkeitsgemisch 505 derart thermische Energie 501 zuzuführen und die Verdunstungsrate der ersten Komponente derart anzupassen, dass in einer dritten Phase des Trocknungsvorgangs die Temperatur T des Flüssigkeitsgemisches 505 über die Siedetemperatur T_S der ersten Komponente erhöht wird. So kann in zuverlässiger Weise ein vollständiges Verdunsten der ersten Komponente aus dem Flüssigkeitsgemisch 505 bewirkt werden. Des Weiteren kann so eine weitere Absorption der zweiten Komponente in das Substrat 120 bewirkt werden. Im Anschluss an die dritte Phase des Trocknungsvorgangs kann dann eine Kühlung des Substrats 120 erfolgen.
Die Trocknungseinheit 150 kann somit eingerichtet sein, einen Trocknungsvorgang mit mehreren unterschiedlichen Trocknungsphasen zu bewirken. Dabei kann in einer ersten Phase die Temperatur T des Flüssigkeitsgemisches 505 relativ schnell erhöht werden (z.B. auf 65% oder mehr, oder 70% oder mehr, oder 80% oder mehr der Siedetemperatur T_S der ersten Komponente). In einer zweiten Phase erfolgt eine Trocknung bei relativ hoher Temperatur T des Flüssigkeitsgemisches 505 (z.B. zwischen 65% und 95% der Siedetemperatur T_S der ersten Komponente) mit ein oder mehreren Trocknungsmethoden, die eine relativ geringe Verdunstungsrate der ersten Komponente bewirken. So kann die Dauer der zweiten Phase, in der eine relativ starke Absorption der zweiten Komponente in das Substrat 120 erfolgt, verlängert werden. In einer abschließenden dritten Phase kann dann optional durch weiteres Aufheizen auf eine Temperatur T über der Siedetemperatur T_S der ersten Komponente eine Restverdunstung der ersten Komponente und eine weitere Absorption der zweiten Komponente bewirkt werden.
Die Trocknungseinheit 150 kann mehrere unterschiedliche Trocknungsmodule 160, 170, 180 umfassen, die eingerichtet sind, in unterschiedlichen Phasen eines Trocknungsvorgangs unterschiedliche Trocknungsmethoden einzusetzen, um einen bestimmten Verlauf 304 der Kombination aus der Temperatur T und dem Anteil g der zweiten Komponente während des Trocknungsvorgangs zu bewirken. Die Trocknungseinheit 150 kann insbesondere zumindest ein Konvektions-Trocknungsmodul 160 umfassen, das eingerichtet ist, ein temperiertes Trocknungsmedium 164 auf das Flüssigkeitsgemisch 505 zu blasen, um dem Flüssigkeitsgemisch 505 thermische Energie 501 zuzuführen. Alternativ oder ergänzend kann die Trocknungseinheit 150 zumindest ein Strahlungs-Trocknungsmodul 180 umfassen, das eingerichtet ist, das Flüssigkeitsgemisch 505 mit einer Strahlung 185 zu bestrahlen, um dem Flüssigkeitsgemisch 505 thermische Energie 501 zuzuführen. Alternativ oder ergänzend kann die Trocknungseinheit 150 zumindest ein Wärmeleitungs-Trocknungsmodul 180 umfassen, das eingerichtet ist, die Rückseite des Substrats 120 zu erwärmen, um dem Flüssigkeitsgemisch 505 thermische Energie 501 zuzuführen.
Die Trocknungseinheit 150 kann ausgebildet sein, das Substrat 120 an dem zumindest einen Konvektions-Trocknungsmodul 160, an dem zumindest einen Strahlungs-Trocknungsmodul 180 und/oder an dem zumindest einen Strahlungs-Trocknungsmodul 180 vorbeizuführen, um während des Trocknungsvorgangs dem Flüssigkeitsgemisch 505 thermische Energie 501 zuzuführen. Durch die Anordnung von unterschiedlichen Trocknungsmodulen 160, 170, 180 entlang einer Trocknungsstrecke kann in besonders zuverlässiger Weise ein bestimmter Ziel-Verlauf 304 für Betriebspunkte aus Temperatur T und Anteil g der zweiten Komponente während eines Trocknungsvorgangs eingestellt werden, um während des Trocknungsvorgangs im Durchschnitt einen möglichst hohen Wert der Absorptionsgröße A für die zweite Komponente (z.B. von durchschnittlich 30%, 40% oder mehr des Maximalwertes A_max der Absorptionsgröße A) zu bewirken.
Die Trocknungseinheit 150 kann zumindest einen Temperatursensor 166, 186 umfassen, der eingerichtet ist, während eines Trocknungsvorgangs Temperaturdaten in Bezug auf die Temperatur T des Flüssigkeitsgemisches 505 zu erfassen. Insbesondere können entlang der Trocknungsstrecke der Trocknungseinheit 150 mehrere Temperatursensoren 166, 186 angeordnet sein, um den (zeitlichen) Verlauf der Temperatur T während eines Trocknungsvorgangs zu erfassen.
Des Weiteren kann die Trocknungseinheit 150 eingerichtet sein, während des Trocknungsvorgangs Anteilsdaten in Bezug auf den Anteil g der zweiten Komponente in dem Flüssigkeitsgemisch 505 zu ermitteln. Beispielsweise können anhand von ein oder mehreren Feuchtigkeitssensoren, die entlang der Trocknungsstrecke der Trocknungseinheit 150 angeordnet sind, Messdaten in Bezug auf die Feuchtigkeit in der Umgebungsluft um das Flüssigkeitsgemisch 505 erfasst werden. Aus den Messdaten kann (mittels eines Modells) auf die Verdunstung der ersten Komponente und damit auf den Anteil g der zweiten Komponente in dem Flüssigkeitsgemisch 505 geschlossen werden. Es kann somit während eines Trocknungsvorgangs ein (zeitlicher) Verlauf des Anteils g der zweiten Komponente in dem Flüssigkeitsgemisch 505 erfasst und/oder ermittelt werden.
Ferner kann die Trocknungseinheit 150 eingerichtet sein, die dem Flüssigkeitsgemisch 505 während des Trocknungsvorgangs zugeführte thermische Energie 501 in Abhängigkeit von den Temperaturdaten und in Abhängigkeit von den Anteilsdaten anzupassen. Insbesondere können ein oder mehrere Betriebsparameter von ein oder mehreren Trocknungsmodulen 160, 170, 180 angepasst werden. Beispielhafte Betriebsparameter sind:

• die Temperatur und/oder die Feuchtigkeit und/oder die Strömungsgeschwindigkeit des Trocknungsmediums 164;
• die Intensität und/oder das Spektrum der Strahlung 184; und/oder
• die Temperatur eines Heizsattels.

Durch die Anpassung der zugeführten thermischen Energie 501, insbesondere durch die Anpassung des zeitlichen Verlaufs der Energiezufuhr, während eines Trocknungsvorgangs können in besonders zuverlässiger Weise relativ hohe Werte der Absorptionsgröße A eingestellt werden.
Anhand der in diesem Dokument beschriebenen Maßnahmen kann die Absorption einer relativ zähflüssigen Flüssigkeitskomponente (insbesondere eines Kosolvents in Tinte) beschleunigt und/oder verbessert werden. Dies ermöglicht es, die Güte eines fixierten Tinten-basierten Druckbildes zu erhöhen. Des Weiteren kann durch die beschriebenen Maßnahmen die Länge einer Trocknungsstrecke einer Trocknungseinheit 150 reduziert werden.
Bezugszeichenliste

1: Transportrichtung
21, 22: Düse (Druckbild)
31, 32: Spalte (des Druckbildes)
100: Druckvorrichtung
101: Steuereinheit
102: Druckriegel
103: Druckkopf
120: Substrat (Aufzeichnungsträger)
140: Druckwerk
150: Fixier- bzw. Trocknungseinheit
160: Konvektions-Trocknungsmodul
161: Steuermodul
162: Heizelement
163: Düse
164: temperiertes Trocknungsmedium (Fluid, insbesondere Luft)
165: Gebläse
166: Temperatursensor
170: Wärmeleitungs-Trocknungsmodul
180: Strahlungs-Trocknungsmodul
181: Steuermodul
183: Strahlungsquelle
184: Strahlung
186: Temperatursensor
300: Kenndaten
g: Anteil der zweiten Komponente (Kosolvent) an einem Flüssigkeitsgemisch
T: Temperatur
T_S: Siedetemperatur der ersten Komponente (Wasser)
303: Isolinien für gleiche Werte der Absorptionsgröße
304: Verlauf der Kombinationen aus der Temperatur und dem Anteil der zweiten Komponente während eines Trocknungsvorgangs
A: Absorptionsgröße
311: Verlauf der Absorptionsgröße als Funktion des Anteils der zweiten Komponente
321-323: Zeitpunkte
330: Trocknungsmodule entlang einer Trocknungsstrecke
341: zeitlicher Verlauf der Masse der ersten Komponente (z.B. Wasser)
342: zeitlicher Verlauf der Masse der zweiten Komponente (z.B. Kosolvent)
400: Verfahren zum Trocknen eines Flüssigkeitsgemisches
401, 402: Verfahrensschritte
500: Tintenschicht
501, 502: thermische Energie
503: Pore
504: absorbiertes Flüssigkeitsgemisch
505: Flüssigkeitsgemisch (auf der Oberfläche des Substrats)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

Viskosität des Gemisches 505 aus Wasser und Kosolvent kann über eine Interpolationsformel (gemäß Cheng, N. S. (2008), „Formula for viscositiy of glycerol-water mixture“, Industrial and Engineering Chemistry Research, 47, 3285-3288 [0027]

Claims

Verfahren zum Trocknen eines Flüssigkeitsgemisches (505) auf einer Oberfläche eines Substrats (120); wobei - das Flüssigkeitsgemisch (505) eine erste Komponente mit einer relativ niedrigen Viskosität und eine zweite Komponente mit einer relativ hohen Viskosität umfasst; - die erste Komponente eine höhere Verdunstungsrate aufweist als die zweite Komponente; - das Substrat (120) Poren (503) aufweist, die ausgebildet sind, das Flüssigkeitsgemisch (505) zu absorbieren; - das Verfahren (400) darauf ausgerichtet ist, eine im Anschluss an einen Trocknungsvorgang auf der Oberfläche des Substrats (120) verbleibende Menge der zweiten Komponente zu reduzieren; und - das Verfahren (400) während des Trocknungsvorgangs das Zuführen (401) von thermischer Energie (501) zu dem Flüssigkeitsgemisch (505) und das Anpassen (402) einer Verdunstungsrate der ersten Komponente umfasst, derart, dass -- in einer ersten Phase des Trocknungsvorgangs eine Temperatur (T) des Flüssigkeitsgemisches (505) auf der Oberfläche des Substrats (120) auf größer 65% und kleiner 100% einer Siedetemperatur (T_S) der ersten Komponente ansteigt, während ein Anteil (g) der zweiten Komponente in dem Flüssigkeitsgemisch (505) auf der Oberfläche des Substrats (120) ausgehend von einem Anfangsanteil um 10%-Punkte bis 30%-Punkte ansteigt; und -- in einer zweiten Phase des Trocknungsvorgangs die Temperatur (T) des Flüssigkeitsgemisches (505) bei mehr als 65% und weniger als 100% der Siedetemperatur (T_S) der ersten Komponente liegt, während der Anteil (g) der zweiten Komponente in dem Flüssigkeitsgemisch (505) auf 95% oder mehr erhöht wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei dem Flüssigkeitsgemisch (505) derart thermische Energie (501) zugeführt wird und die Verdunstungsrate der ersten Komponente derart angepasst wird, dass - eine Zeitdauer der zweiten Phase länger als eine Zeitdauer der ersten Phase ist; und/oder - eine Zeitdauer der zweiten Phase 25% oder mehr, insbesondere 50% oder mehr, einer Gesamt-Trocknungszeitdauer des Trocknungsvorgangs ist.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - der Anfangsanteil der zweiten Komponente in dem Flüssigkeitsgemisch (505) 25% oder weniger ist; und/oder - der Anteil (g) der zweiten Komponente in dem Flüssigkeitsgemisch (505) zu Beginn der zweiten Phase bei 40% oder weniger liegt.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei dem Flüssigkeitsgemisch (505) derart thermische Energie (501) zugeführt wird und die Verdunstungsrate der ersten Komponente derart angepasst wird, dass - in einer dritten Phase des Trocknungsvorgangs die Temperatur (T) des Flüssigkeitsgemisches (505) über die Siedetemperatur der ersten Komponente erhöht wird; und/oder - im Anschluss an die dritte Phase des Trocknungsvorgangs insbesondere eine Kühlung des Substrats (120) erfolgt.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - dem Flüssigkeitsgemisch (505) derart thermische Energie (501) zugeführt wird und die Verdunstungsrate der ersten Komponente derart angepasst wird, dass, in der zweiten Phase die Temperatur (T) des Flüssigkeitsgemisches (505) und der Anteil (g) der zweiten Komponente in dem Flüssigkeitsgemisch (505) auf der Oberfläche des Substrats (120) zumindest zeitweise in einem Wertebereich gehalten werden, in dem eine Absorptionsgröße (A) über einem Mindestwert liegt; - die Absorptionsgröße (A) von $\frac{g}{\sqrt{η}}$
abhängt; und - η die Viskosität des Flüssigkeitsgemisches (505) auf der Oberfläche des Substrats (120) anzeigt; und - die Viskosität des Flüssigkeitsgemisches (505) von der Temperatur (T) des Flüssigkeitsgemisches (505) und von dem Anteil (g) der zweiten Komponente in dem Flüssigkeitsgemisch (505) abhängt.
Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei - die Absorptionsgröße (A) bei der Siedetemperatur einen Referenzwert aufweist; und - dem Flüssigkeitsgemisch (505) derart thermische Energie (501) zugeführt wird, dass der Mindestwert der Absorptionsgröße (A), der für den Mindest-Zeitanteil der Gesamt-Trocknungszeitdauer des Trocknungsvorgangs nicht unterschritten wird, 70% oder mehr des Referenzwertes der Absorptionsgröße (A) ist.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren (400) umfasst, - Anpassen einer Feuchtigkeit von Gas in einer direkten Umgebung des Flüssigkeitsgemisches (505) auf der Oberfläche des Substrats (120) während des Trocknungsvorgangs; und/oder - Verwendung von unterschiedlichen Trocknungsmethoden zur Trocknung des Flüssigkeitsgemisches (505) auf der Oberfläche des Substrats (120) während des Trocknungsvorgangs; wobei die unterschiedlichen Trocknungsmethoden unterschiedliche Verdunstungsraten für die erste Komponente aufweisen; wobei die unterschiedlichen Trocknungsmethoden insbesondere umfassen: -- eine Trocknung mittels eines temperierten Trocknungsmediums (164), das auf eine Rückseite und/oder auf eine Vorderseite des Substrats (120) einwirkt; -- eine Trocknung mittels Strahlung (184); und/oder -- eine Trocknung durch Aufheizen einer Rückseite des Substrats (120) mittels eines kontaktbehafteten Heizsattels.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - das Flüssigkeitsgemisch (505) Tinte umfasst; - das Substrat (120) ein Aufzeichnungsträger ist; - die erste Komponente Wasser umfasst; und - die zweite Komponente einen Kosolvent umfasst.
Trocknungseinheit (150) zur Trocknung eines Flüssigkeitsgemisches (505) auf einer Oberfläche eines Substrats (120); wobei - das Flüssigkeitsgemisch (505) eine erste Komponente mit einer relativ niedrigen Viskosität und eine zweite Komponente mit einer relativ hohen Viskosität umfasst; - die erste Komponente eine höhere Verdunstungsrate aufweist als die zweite Komponente; - das Substrat (120) Poren (503) aufweist, die ausgebildet sind, das Flüssigkeitsgemisch (505) zu absorbieren; - die Trocknungseinheit (150) eingerichtet ist, während des Trocknungsvorgangs dem Flüssigkeitsgemisch (505) derart thermische Energie (501) zuzuführen und dabei eine Verdunstungsrate der ersten Komponente derart anzupassen, dass -- in einer erstem Phase des Trocknungsvorgangs eine Temperatur (T) des Flüssigkeitsgemisches (505) auf der Oberfläche des Substrats (120) auf größer 65% und kleiner 100% einer Siedetemperatur (T_S) der ersten Komponente ansteigt, während ein Anteil (g) der zweiten Komponente in dem Flüssigkeitsgemisch (505) auf der Oberfläche des Substrats (120) ausgehend von einem Anfangsanteil um 10%-Punkte bis 30%-Punkte ansteigt; und -- in einer zweiten Phase des Trocknungsvorgangs die Temperatur (T) des Flüssigkeitsgemisches (505) bei mehr als 65% und weniger als 100% der Siedetemperatur (T_S) der ersten Komponente liegt, während der Anteil (g) der zweiten Komponente in dem Flüssigkeitsgemisch (505) auf 95% oder mehr erhöht wird.