DE102022103993A1

DE102022103993A1 - Verfahren zum Härten von Beschichtungen in einer Druckmaschine mittels unterschiedlich angesteuerter Gasentladungslampen

Info

Publication number: DE102022103993A1
Application number: DE102022103993.5A
Authority: DE
Inventors: Matthias Schlörholz; Michael Kohlmann
Original assignee: Heidelberger Druckmaschinen AG
Current assignee: Heidelberger Druckmaschinen AG
Priority date: 2021-03-17
Filing date: 2022-02-21
Publication date: 2022-09-22
Also published as: CN115107392A; US20220297450A1; US11890861B2

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Härten von strahlungshärtbaren Beschichtungen in Druckmaschinen mit UV-Licht beschrieben, bei dem zum Anhärten (Pinnen) und Endhärten die gleiche oder dieselbe Lichtquelle zum Einsatz kommt, welche in zwei verschiedenen Betriebsmodi betrieben wird, die sich einerseits zum Anhärten (Pinnen) und andererseits zum Endhärten eignen. Bevorzugte Lichtquellen sind elektrische Gasentladungslampen, insbesondere Xenon-Blitzlampen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Härten von Beschichtungen in einer Druckmaschine, eine Druckmaschine als solches und die Verwendung einer Gasentladungslampe zum teilweisen und vollständigen Härten von strahlungshärtbaren Beschichtungen in einer Druckmaschine.
Zur Herstellung von Druckerzeugnissen in Druckmaschinen können Drucksubstrate wie Papier, Karton oder Folie mit unterschiedlichen Druckmedien bedruckt werden. Bei diesen Druckmedien handelt es sich üblicherweise um Druckfarben, Tinten, Lacke oder Kombinationen davon. Nach dem Auftragen dieser Druckmedien muss das bedruckte Drucksubstrat in der Druckmaschine getrocknet werden.
Eine übliche Gruppe von Druckmedien trocknet durch Entfernen des Lösungsmittels, häufig Wasser. Dabei kommen üblicherweise Infrarottrockner und Heißlufttrockner in der Druckmaschine zum Einsatz.
Eine weitere übliche Gruppe von Druckmedien trocknet unter Einwirkung von UV-Strahlung oder Elektronenstrahlung. Bei diesen Druckmedien handelt es sich oftmals um Zusammensetzungen auf Basis von Acrylaten oder anderen ungesättigten Verbindungen, die unter Einwirkung von UV-Licht oder Elektronenstrahlung, teilweise in Gegenwart von ein oder mehreren Photoinitiatoren, polymerisieren und damit härten.
Der Härtungsprozess von UV-härtbaren Beschichtungen läuft in Druckmaschinen üblicherweise zweistufig ab. In einem ersten Schritt wird die strahlungshärtbare Beschichtung, beispielsweise eine UV-Tinte, ein UV-Lack oder eine UV-Druckfarbe, nur angehärtet. Das Anhärten wird auch als Pinnen oder Pinning bezeichnet. Dazu wird die strahlungshärtbare Beschichtung üblicherweise kurz nach ihrem Aufbringen auf das Drucksubstrat mit einer vergleichsweise geringen Dosis einer eher längerwelligen UV-Strahlung bestrahlt. Das Druckbild wird damit ausreichend fixiert, um ohne unerwünschte Veränderungen weiter durch die Maschine transportiert und mit andersfarbigen Druckmedien bedruckt werden zu können. Zum Anhärten werden im Stand der Technik üblicherweise LED-Strahler verwendet.
In einem zweiten Schritt, üblicherweise am Ende des Druckvorgangs, nachdem alle Farben aufgedruckt wurden und das Drucksubstrat gegebenenfalls noch mit einem UV-Lack veredelt wurde, führt man die Endhärtung durch. Bei der Endhärtung kommen im Stand der Technik üblicherweise Quecksilberdampflampen zum Einsatz, die besonders kurzwelliges UV-Licht in hoher Intensität emittieren. Dadurch wird die Härtungsreaktion in der angehärteten strahlungshärtbaren Beschichtung vollständig oder nahezu vollständig abgeschlossen. Im Ergebnis erhält man gehärtete Druckerzeugnisse wie beispielsweise bedruckte Verpackungen, Poster oder Broschüren, welche bestimmungsgemäß gebraucht werden können, ohne zu kleben oder abzufärben.
Die DE 2019270 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Härten einer auf einen Körper aufgetragenen Schicht, wobei als Lichtquelle Xenon-Impuls-Röhren genannt werden. Ein zweistufiges Härtungsverfahren in einer Druckmaschine wird nicht offenbart.
In der Druckindustrie besteht ein Bedarf an Härtungslösungen, die kostengünstig sind und wenig Raum beanspruchen. Diese sollten möglichst wenige Ansteuerungskomponenten umfassen, einfacher zu kühlen und zu warten sein. Außerdem sollte die Verwendung von Quecksilberdampflampen aus Umweltgesichtspunkten reduziert werden.
Überraschenderweise wurde nun gefunden, dass Gasentladungslampen wie Xenon-Blitzlampen in zwei verschiedenen Betriebsmodi angesteuert werden können und dabei jeweils Strahlung emittieren, die sich besonders zum Anhärten und Endhärten von strahlungshärtbaren Beschichtungen in Druckmaschinen eignet.
Die Erfindung ist mit mehreren Vorteilen verbunden. Zum Anhärten und Endhärten kann derselbe Lampentyp verwendet werden, wodurch statt zwei separaten Steuerungsgeräten ein einziges Steuerungsgerät verwendet werden kann. Die Ersatzteilversorgung und Wartung ist dadurch einfacher. Wenn man den Strahlungseinfall auf das Drucksubstrat durch weitere Komponenten wie beispielsweise Shutter oder dergleichen kontrolliert, kann man Anhärten und Endhärten mit ein und derselben Lampe durchführen, welche man je nach Bedarf im ersten oder zweiten Betriebsmodus ansteuert. Dadurch können Platzbedarf und Kühlung in der Druckmaschine noch weiter optimiert werden. Umweltproblematische Quecksilberdampflampen brauchen nicht mehr verwendet zu werden.
Dementsprechend betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Härten von strahlungshärtbaren Beschichtungen in einer Druckmaschine, bei dem man ein Drucksubstrat bereitstellt, das eine strahlungshärtbare Beschichtung aufweist, i) eine teilweise Härtung der strahlungshärtbaren Beschichtung mit einer ersten Bestrahlung an einem ersten Ort in der Druckmaschine vornimmt und ii) eine vollständige Härtung der teilweise gehärteten strahlungshärtbaren Beschichtung mit einer zweiten Bestrahlung an einem vom ersten Ort verschiedenen zweiten Ort in der Druckmaschine vornimmt, dadurch gekennzeichnet, dass man für die erste Bestrahlung die gleiche elektrische Strahlungsquelle wie für die zweite Bestrahlung verwendet, wobei man die elektrische Strahlungsquelle für die erste Bestrahlung in einem ersten elektrischen Betriebsmodus und die elektrische Strahlungsquelle für die zweite Bestrahlung in einem zweiten elektrischen Betriebsmodus betreibt, wobei sich das Strahlungsspektrum der elektrischen Strahlungsquelle im ersten elektrischen Betriebsmodus vom Strahlungsspektrum im zweiten elektrischen Betriebsmodus unterscheidet.
Als strahlungshärtbare Beschichtungen kommen prinzipiell alle UV-härtbaren Zusammensetzungen infrage, die in Druckmaschinen verarbeitet werden können, insbesondere in Inkjetdruckmaschinen, Offsetdruckmaschinen und Siebdruckmaschinen. Als strahlungshärtbare Beschichtungen bevorzugt sind UV-härtbare Zusammensetzungen, die ausgewählt sind unter UV-härtbaren Farben, UV-härtbaren Tinten, UV-härtbaren Lacken und deren Mischungen.
In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der elektrischen Strahlungsquelle um wenigstens eine Gasentladungslampe, insbesondere wenigstens eine Xenon-Blitzlampe oder Krypton-Blitzlampe. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich um eine Xenon-Blitzlampe. Für die Erfindung geeignete Xenon-Blitzlampen sind beispielsweise von der Fa. Heraeus Noblelight GmbH, Hanau, Deutschland kommerziell erhältlich.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die erste elektrische Strahlungsquelle und die zweite elektrische Strahlungsquelle identisch. Als elektrische Strahlungsquelle ist dabei eine der oben als bevorzugt genannten elektrischen Strahlungsquellen bevorzugt. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform schirmt man den Ort der teilweisen Härtung bei der vollständigen Härtung vor der Strahlung der elektrischen Strahlungsquelle ab und den Ort der vollständigen Härtung bei der teilweisen Härtung vor der Strahlung der elektrischen Strahlungsquelle ab. Den Strahlungseinfall auf das Drucksubstrat kontrolliert man bevorzugt durch reversibel strahlungshemmende Komponenten wie beispielsweise Shutter, die man entsprechend öffnet oder schließt. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform verändert man die räumliche Anordnung der elektrischen Strahlungsquelle in der Druckmaschine bei der teilweisen Härtung gegenüber der vollständigen Härtung, beispielsweise durch Verfahren der elektrischen Strahlungsquelle auf einer Schiene oder durch Drehen der elektrischen Strahlungsquelle, um den Ort der auftreffenden Strahlung zu verändern. Damit kann man Anhärten und Endhärten mit ein und derselben elektrischen Strahlungsquelle durchführen, welche man je nach Bedarf im ersten oder zweiten Betriebsmodus ansteuert.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Strahlungsspektrum im zweiten elektrischen Betriebsmodus verglichen mit dem Strahlungsspektrum im ersten elektrischen Betriebsmodus zu kürzeren Wellenlängen verschoben. Das Strahlungsspektrum im ersten elektrischen Betriebsmodus ist langwelliger und besonders zum Anhärten von UV-härtbaren Beschichtungen wie UV-Tinten, UV-Farben oder UV-Lacken geeignet. Das Strahlungsspektrum im zweiten elektrischen Betriebsmodus ist kurzwelliger und besonders zum Endhärten von UV-härtbaren Beschichtungen wie UV-Tinten, UV-Farben oder UV-Lacken geeignet.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform unterscheidet sich die Wellenlängenbreite der elektrischen Strahlungsquelle im zweiten elektrischen Betriebsmodus von der Wellenlängenbreite der elektrischen Strahlungsquelle im ersten elektrischen Betriebsmodus.
Im Allgemeinen bestimmt die Spannung der Gasentladungslampe, bevorzugt Xenon-Blitzlampe, die Leistung der elektrischen Strahlungsquelle und damit die Eindringtiefe in die UV-härtbare Beschichtung. Die Blitzdauer oder Impulsbreite bestimmt die Strahlungsdosis, also die Energiemenge für die Härtung. Die Ansteuerungsparameter können je nach Länge und Durchmesser der verwendeten Gasentladungslampe, bevorzugt Xenon-Blitzlampe, variieren.
In einer bevorzugten Ausführungsform unterscheiden sich der erste elektrische Betriebsmodus und der zweite elektrische Betriebsmodus durch wenigstens einen Parameter, der ausgewählt ist unter Spannungsstärke, Stromstärke und Stromdichte. Der besonders bevorzugte Parameter ist die Stromdichte. Die Stromdichte hängt bei den bevorzugten elektrischen Strahlungsquellen, insbesondere Gasentladungslampen wie Xenon-Blitzlampen und Krypton-Blitzlampen, insbesondere von der anliegenden Spannungsstärke und der Blitzdauer ab.
In einer speziellen Ausführungsform verwendet man eine Xenon-Blitzlampe, welche man beim Anhärten mit einer Spannungsstärke von 200 V ansteuert mit einem Blitz mit einer Blitzdauer von 5 Millisekunden und welche man beim Endhärten mit einer Spannungsstärke von 355 V ansteuert mit zehn Blitzen mit einer Blitzdauer von jeweils 1 Millisekunde.
In einer bevorzugten Ausführungsform betreibt man die elektrische Strahlungsquelle gepulst, also mit ein oder mehreren Blitzen mit gleichen oder unterschiedlichen Blitzdauern. Besonders bevorzugt betreibt man die elektrischen Strahlungsquelle im ersten elektrischen Betriebsmodus mit einer Spannung und einer Blitzdauer, welche sich von der Spannung und der Blitzdauer im zweiten Betriebsmodus unterscheidet.
Es ist auch möglich, die Position und den Winkel der elektrischen Strahlungsquelle oder Strahlungsquellen in Abhängigkeit von der Lage, dem Winkel, der Flächenbedeckung und anderen substratabhängigen Parametern zu verändern. Diese Veränderungen können auch das Ergebnis von optischen oder anderen Messungen des fertigen Druckerzeugnisses sein oder von in den Druckvorgang eingebrachten Daten wie digitalen Druckbilddaten, Substratdaten oder Parametern der UV-Druckmedien abhängen.
Gegenstand der Erfindung ist auch eine Druckmaschine, welche zur a) teilweisen und b) vollständigen Härtung von strahlungshärtbaren Beschichtungen jeweils die gleiche elektrische Strahlungsquelle aufweist, wobei es sich bei der elektrischen Strahlungsquelle um wenigstens eine Gasentladungslampe handelt. Bevorzugte Gasentladungslampen sind Xenon-Blitzlampen und Krypton-Blitzlampen.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Druckmaschine zur a) teilweisen und b) vollständigen Härtung dieselbe elektrische Strahlungsquelle auf. Eine solche Druckmaschine weist bevorzugt reversibel strahlungshemmende Komponenten wie beispielsweise Shutter, eine Möglichkeit zum örtlichen Verfahren der Strahlungsquelle, beispielsweise auf einer Schiene, oder eine Einrichtung zum Drehen der elektrischen Strahlungsquelle, um den Ort der auftreffenden Strahlung zu verändern, oder Kombinationen dieser Maßnahmen auf.
Gegenstand der Erfindung ist auch die Verwendung wenigstens einer Gasentladungslampe, bevorzugt einer Xenon-Blitzlampe, zum a) teilweisen und b) vollständigen Härten von strahlungshärtbaren Beschichtungen in einer Druckmaschine. In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein und dieselbe Gasentladungslampe, bevorzugt Xenon-Blitzlampe, zum a) teilweisen und b) vollständigen Härten in der Druckmaschine verwendet.
1 zeigt schematisch den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens. Ein Drucksubstrat (1) wurde in ein mit einer UV-härtbaren Beschichtung beschichtetes Drucksubstrat (1a) überführt, beispielsweise durch Bedrucken in einer Druckmaschine. Unter Verwendung einer elektrischen Strahlungsquelle, die UV-Strahlung emittiert, wird das beschichtete Drucksubstrat (1a) in dem ersten elektrischen Betriebsmodus der Strahlungsquelle angehärtet, so dass man ein angehärtetes Drucksubstrat (1b) erhält. Unter Verwendung derselben elektrischen Strahlungsquelle wie beim Anhärten wird das angehärtete Drucksubstrat (1b) im zweiten elektrischen Betriebsmodus der Strahlungsquelle endgehärtet, so dass man ein endgehärtetes Drucksubstrat (1c) erhält. Am Ausgang der Druckmaschine erhält man das fertige Druckerzeugnis (1d).
2 zeigt schematisch das erfindungsgemäße Verfahren in einer Inkjetdruckmaschine mit zwei separaten gleichen elektrischen Strahlungsquellen. Ein Drucksubstrat (1) wird in die Druckmaschine (4) eingebracht. Mittels eines Inkjetdruckkopfes (2) wird UV-härtbare Tinte auf das Drucksubstrat (1) aufgebracht, so dass man ein beschichtetes Drucksubstrat (1a) erhält. Durch Bestrahlen mit der elektrischen Strahlungsquelle (3a) im ersten elektrischen Betriebsmodus erhält man ein angehärtetes Druckerzeugnis (1b). Durch Bestrahlen mit der gleichen elektrischen Strahlungsquelle (3b) im zweiten elektrischen Betriebsmodus erhält man ein endgehärtetes Drucksubstrat (1c). Am Ausgang der Druckmaschine erhält man das fertige Druckerzeugnis (1d).
3 zeigt schematisch das erfindungsgemäße Verfahren in einer Inkjetdruckmaschine mit einer einzigen elektrischen Strahlungsquelle. Ein Drucksubstrat (1) wird in die Druckmaschine (4) eingebracht. Mittels eines Inkjetdruckkopfes (2) wird UV-härtbare Tinte auf das Drucksubstrat (1) aufgebracht, so dass man ein beschichtetes Drucksubstrat (1a) erhält. Durch Bestrahlen mit der elektrischen Strahlungsquelle (3c) im ersten elektrischen Betriebsmodus erhält man ein angehärtetes Druckerzeugnis (1b). Durch Bestrahlen mit derselben elektrischen Strahlungsquelle (3c) im zweiten elektrischen Betriebsmodus erhält man ein endgehärtetes Drucksubstrat (1c). Am Ausgang der Druckmaschine erhält man das fertige Druckerzeugnis (1d). Beim Anhärten und Endhärten wird jeweils ein Shutter (5) geöffnet beziehungsweise geschlossen, um jeweils nur die gewünschten Bereiche auf dem Drucksubstrat (1b) oder (1c) zu bestrahlen.
4 zeigt vereinfacht die Wellenlängenspektren derselben elektrischen Strahlungsquelle im ersten Betriebsmodus (6) zum Anhärten und im zweiten Betriebsmodus (7) zum Endhärten.
Bezugszeichenliste

1: Drucksubstrat
1a: beschichtetes Drucksubstrat
1b: angehärtetes Drucksubstrat
1c: endgehärtetes Drucksubstrat
1d: Druckerzeugnis
2: Inkj etdruckkopf
3a: elektrische Strahlungsquelle im ersten elektrischen Betriebsmodus
3b: elektrische Strahlungsquelle im zweiten elektrischen Betriebsmodus
3c: elektrische Strahlungsquelle
4: Druckmaschine
5: Shutter
6: Wellenlängenspektrum im ersten elektrischen Betriebsmodus
7: Wellenlängenspektrum im zweiten elektrischen Betriebsmodus

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 Patentliteratur

DE 2019270 A1 [0007]

Claims

Verfahren zum Härten von strahlungshärtbaren Beschichtungen in einer Druckmaschine (4), bei dem man ein Drucksubstrat (1) bereitstellt, das eine strahlungshärtbare Beschichtung aufweist, i) eine teilweise Härtung der strahlungshärtbaren Beschichtung mit einer ersten Bestrahlung an einem ersten Ort in der Druckmaschine (4) vornimmt und ii) eine vollständige Härtung der teilweise gehärteten strahlungshärtbaren Beschichtung mit einer zweiten Bestrahlung an einem vom ersten Ort verschiedenen zweiten Ort in der Druckmaschine (4) vornimmt, dadurch gekennzeichnet, dass man für die erste Bestrahlung die gleiche elektrische Strahlungsquelle (3) wie für die zweite Bestrahlung verwendet, wobei man die elektrische Strahlungsquelle (3) für die erste Bestrahlung in einem ersten elektrischen Betriebsmodus und die elektrische Strahlungsquelle (3) für die zweite Bestrahlung in einem zweiten elektrischen Betriebsmodus betreibt, wobei sich das Strahlungsspektrum der elektrischen Strahlungsquelle (3) im ersten elektrischen Betriebsmodus vom Strahlungsspektrum im zweiten elektrischen Betriebsmodus unterscheidet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei es sich bei der elektrischen Strahlungsquelle (3) um wenigstens eine Gasentladungslampe, insbesondere wenigstens eine Xenon-Blitzlampe oder Krypton-Blitzlampe, handelt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste elektrische Strahlungsquelle (3) und die zweite elektrische Strahlungsquelle (3) identisch sind.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei man den zweiten Ort bei der teilweisen Härtung in Schritt i) vor der Strahlung der elektrischen Strahlungsquelle (3) abschirmt und den ersten Ort bei der vollständigen Härtung in Schritt ii) vor der Strahlung der elektrischen Strahlungsquelle (3) abschirmt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Strahlungsspektrum der elektrischen Strahlungsquelle (3) im zweiten elektrischen Betriebsmodus verglichen mit dem Strahlungsspektrum der elektrischen Strahlungsquelle (3) im ersten elektrischen Betriebsmodus zu kürzeren Wellenlängen verschoben ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die Wellenlängenbreite der elektrischen Strahlungsquelle (3) im zweiten elektrischen Betriebsmodus von der Wellenlängenbreite der elektrischen Strahlungsquelle (3) im ersten elektrischen Betriebsmodus unterscheidet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich der erste elektrische Betriebsmodus der elektrischen Strahlungsquelle (3) und der zweite elektrische Betriebsmodus der elektrischen Strahlungsquelle (3) durch wenigstens einen Parameter unterscheidet, der ausgewählt ist unter Spannungsstärke, Stromstärke und Stromdichte.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei man die elektrische Strahlungsquelle (3) im ersten elektrischen Betriebsmodus mit einer Spannung und einer Blitzdauer betreibt, welche sich von der Spannung und der Blitzdauer im zweiten Betriebsmodus unterscheidet.
Druckmaschine (4), welche zur a) teilweisen und b) vollständigen Härtung von strahlungshärtbaren Beschichtungen jeweils die gleiche elektrische Strahlungsquelle (3) aufweist, wobei es sich bei der elektrischen Strahlungsquelle (3) um wenigstens eine Gasentladungslampe handelt.
Druckmaschine (4) nach Anspruch 9, welche zur a) teilweisen und b) vollständigen Härtung dieselbe elektrische Strahlungsquelle (3) aufweist.
Verwendung wenigstens einer Gasentladungslampe zum a) teilweisen und b) vollständigen Härten von strahlungshärtbaren Beschichtungen in einer Druckmaschine (4).