DE10208905B4

DE10208905B4 - Farbabweisende Beschichtung mit hoher Verschleißfestigkeit

Info

Publication number: DE10208905B4
Application number: DE2002108905
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dr. Johner; Markus Kirst; Ruth Dr. Kremer
Original assignee: Manroland AG; Praxair ST Technology Inc; Praxair Technology Inc
Current assignee: Manroland Sheetfed GmbH; Praxair ST Technology Inc
Priority date: 2002-02-28
Filing date: 2002-02-28
Publication date: 2010-07-22
Anticipated expiration: 2022-03-01
Also published as: DE10208905A1

Abstract

Verschleißhemmende, farbabweisende Beschichtung von Druckmaschinenkomponenten, die ein verschleißfestes Material in Form von Metalloxiden oder verschleißarmen Hartmetallen beinhaltet und mit einem Siegelstoff behandelt ist, wobei der Siegelstoff ein Siegler aus der Gruppe der hydroxylgruppenhaltigen, siliconmodifizierten Acrylharze zur Vernetzung mit Polyisocyanaten ist, der nur bei 20°C bis 100°C ausgehärtet wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine verschleißhemmende, farbabweisende Beschichtung, insbesondere von thermisch empfindlichen Druckmaschinenkomponenten, z. B. Leit- und Zugwalzen, Trichterspitzen, Ableitzungen etc.. Derartige Komponenten werden z. B. in Falzapparaten von Rollenmaschinen häufig durch Farbablage in ihrer Funktion gestört, was zum völligen Prozeßzusammenbruch führen kann.
In verschiedenen Bereichen einer Druckmaschine besteht somit ein Bedarf an Oberflächen, die bei hoher Verschleißbeständigkeit gegen Gleitbewegungen des Papiers gleichzeitig weder von weggeschlagener noch von frischer Offsetfarbe benetzt werden dürfen.
Erfahrungsgemäß hat Farbablage letztlich immer eine Dimensionsänderung der Komponenten zur Folge, so dass neben Verschmiereffekten des bedruckten Papiers auch noch nachlassende Präzision bis hin zum Funktionsversagen z. B. des Falzapparates auftreten. Durch zunehmende Papiergeschwindigkeiten wurde sowohl die Verschleißproblematik als auch die Farbablage verschärft.
Gleiches kann auch für die Bogenwendung gesagt werden, da hier beidseitig bedruckte Papierbögen mit nicht weggeschlagener Farbe bei zunehmenden Geschwindigkeiten passgenau transportiert werden müssen. Bezüglich dieser Problematik wurde bereits gemäß der DE 29 14 255 A1 versucht, durch spezielle Zylinderbeschichtungen, bestehend aus verschleißfesten Metallen oder Metalloxiden, sowie einen darin verankerten Siegelstoff dem Verschleiß und der Farbablage entgegenzutreten.
In der DE 29 14 255 A1 werden als Siegelstoffe Teflon und Kopierlack benannt.
Beide Siegelstoffe sind jedoch dafür bekannt, dass sie in schnellen Rollenmaschinen über eine völlig unzureichende Lebensdauer verfügen und im Falle des Teflons auch noch verfahrensbedingt zu einer erheblichen Erwärmung des zu beschichteten Bauteils führen, so dass maßlicher Verzug auftreten kann. Die Sintertemperatur für Teflon liegt im Bereich von 300°C bis 400°C und ist damit ausreichend hoch, um bei Präzisionswalzen, insbesondere wenn es sich um Schweißkonstruktionen handelt, Maßverzug zu verursachen. Auch die Aushärtetemperatur der in DE 198 50 968 A1 beschriebenen Siegler auf Basis von Polyorganosiloxanen ist mit 100°C bis 170°C für manche Druckmaschinenkomponenten noch so hoch, dass Verzug oder Delamination (faserverstärkte Kunststoffe) auftreten kann.
Farbabweisende Oberflächeneigenschaften werden nicht nur zum Transport des bedruckten Papiers in der Druckmaschine benötigt, sondern im Fall des wasserlosen Offsets, auch TORAY-Prozess genannt, zur Substitution des Feuchtmittelfilms auf der Druckplatte in Form eines Siliconfilms. Der Begriff Silicon kennzeichnet eine umfangreiche Gruppe von synthetischen polymeren Verbindungen, in denen Siliciumatome über Sauerstoffatome ketten- und/oder netzartig verknüpft sind und die restlichen Valenzen des Siliciums durch Kohlenwasserstoffreste (meist (Methylgruppen) abgesättigt sind. Eine andere Bezeichnung für die Silicone ist Polyorganosiloxane.
DE 197 80 391 T1 offenbart eine Farbverschmutzung verhindernde Lage zur Verwendung auf der Außenfläche eines Vorschub- oder Förderzylinders in einer Druckmaschine. Die Lage umfasst eine flexible Lagenbasis, eine Klebmittelschicht auf Basis vieler kleiner Kugeln, eine Grundierungsschicht und eine erhärtete Harzschicht aus einem Silicon-modifizierten Urethanharz. Dabei sind die kleinen Kugeln teilweise in die Klebmittelschicht eingebettet und die Grundierungsschicht ist auf die freiliegenden konvexen Abschnitte der kleinen Kugeln in der Klebemittelschicht aufgebracht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für verschleißarme Beschichtungen von Druckmaschinenkomponenten, eine Versiegelung zu finden, die eine dauerhafte farbabweisende Oberflächeneigenschaft ergibt, bei niedrigen Temperaturen von weniger als 100°C verarbeitbar ist und die zusätzlich über eine hohe Resistenz gegenüber üblichen drucktechnischen Reinigungsmitteln verfügt.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch die Beschichtung gemäß Anspruch 1, sowie durch das Verfahren gemäß Anspruch 5 gelöst, nämlich dadurch, dass die zu schützende Druckmaschinenkomponente mit einer verschleißhemmenden Schicht beschichtet wird, vorzugsweise aus Oxidkeramik wie z. B. Al₂O₃, Cr₂O₃, TiO₂, SiO₂, oder ZrO₂ bzw. Mischungen daraus oder aus verschleißarmen Hartmetallen wie z. B. WC/Co, Cr₃C₂/NiCr, NiCrBSi, WC/Ni, Molybdän etc., vorzugsweise durch thermische Spritzverfahren wie atmosphärisches Plasmaspritzen und Hochgeschwindigkeitsflammspritzen und mit einer Versiegelung in Form eines Sieglers aus der Gruppe der hydroxylgruppenhaltigen, siliconmodifizierten Acrylharze zur Vernetzung mit Polyisocyanaten behandelt wird, der bei 20°C bis 100°C aushärtet.
Die Abriebfestigkeit der Polyorganosiloxane wird von hydroxylgruppenhaltigen, siliconmodifizierten Acrylharzen zur Vernetzung mit Polyisocyanaten weit übertroffen.
Je nach Druckmaschinenkomponente sind Oberflächenguten erforderlich, die einen Schleif- und Poliervorgang nach dem Beschichten erforderlich machen. In diesen Fällen ist es vorteilhaft, die Schleifbearbeitung unmittelbar nach dem Beschichten durchzuführen, um erst danach die Versiegelung mit einem Siegler aus hydroxylgruppenhaltigen, siliconmodifizierten Acrylharzen zur Vernetzung mit Polyisocyanaten vorzunehmen. Wenn nötig kann die Versiegelung auch in der Druckmaschine zonal nachträglich erfolgen.
Aufgrund der niedrigen Aushärtetemperaturen der Siegler vom Typ hydroxylgruppenhaltige, siliconmodifizierte Acrylharze zur Vernetzung mit Polyisocyanaten ist auch eine Nachversiegelung, auch örtlich begrenzt, in der Druckmaschine möglich, ohne die betreffende Komponente ausbauen zu müssen und ohne dass zur Aushärtung sicherheitstechnisch problematisch einzuschätzendes UV-Licht nötig ist, so wie in DE 101 15 876 A1 Beschrieben.
In der bevorzugten Ausführungsform weist die vor Verschleiß schützende Beschichtung eine Dicke von 0,03 bis 1,5 mm, vorzugsweise 0,1 mm, auf.
Die Beschichtung, Versiegelung und Aushärtung kann insbesondere auf Druckmaschinenkomponenten erfolgen, die besonders temperaturempfindlich sind und mit Deformationen in Form von Verzug oder Delamination (faserverstärkt Kunststoffe) reagieren. Darüber hinaus bietet die hohe Abriebfestigkeit der Beschichtung und Versiegelung ein Anwendungspotential auf allen Druckmaschinenkomponenten, die hohe Differenzgeschwindigkeiten zur Papierbahn oder zum Papierbogen ertragen müssen, wie z. B. Ableitzungen, Wendestangen, Zugringe, Bogenführungen etc.
Die vor Verschleiß schützende Oxidkeramik oder Hartmetallschicht muss nicht durch thermisches Spritzen aufgebracht sein, sondern kann auch durch Beschichtungsprozesse wie PVD (Physical Vapour Deposition), CVD (Chemical Vapour Deposition), Sintern, Heißisostatpressen, Galvanik, Sprengplattieren, Auftragschweißen, Auflöten, Klebetechniken oder Reaktivverfahren aufgebracht werden.
Des weiteren kann bei der erfindungsgemäßen verschleißhemmenden, farbabweisenden Beschichtung eine Oberflächenrauhigkeit der vor Verschleiß schützenden Schicht funktionsgerecht eingestellt werden, die vorzugsweise zwischen 1,0 μm < R_z < 90 μm, insbesondere bei R_z = 15 bis 20 μm liegt.

Claims

Verschleißhemmende, farbabweisende Beschichtung von Druckmaschinenkomponenten, die ein verschleißfestes Material in Form von Metalloxiden oder verschleißarmen Hartmetallen beinhaltet und mit einem Siegelstoff behandelt ist, wobei der Siegelstoff ein Siegler aus der Gruppe der hydroxylgruppenhaltigen, siliconmodifizierten Acrylharze zur Vernetzung mit Polyisocyanaten ist, der nur bei 20°C bis 100°C ausgehärtet wird.
Verschleißhemmende, farbabweisende Beschichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vor Verschleiß schützende Oxidkeramikschicht aus den Stoffen Al₂O₃, TiO₂, Cr₂O₃, ZrO₂, SiO₂, Y₂O₃, CeO, CaO und MgO oder aus Mischungen dieser Oxidkeramiken besteht.
Verschleißhemmende, farbabweisende Beschichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das die vor Verschleiß schützende Hartmetallschicht aus WC/Co, WC/Ni, TiC/Ni, Cr₃C₂/Ni, NiCrBSi oder Molybdän oder aus Mischungen dieser Hartmetalle besteht.
Verschleißhemmende, farbabweisende Beschichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vor Verschleiß schützende Beschichtung eine Dicke von 0,03 bis 1,5 mm aufweist.
Verfahren zur Beschichtung von Druckmaschinenkomponenten wobei in einem ersten Schritt eine vor Verschleiß schützende Schicht aus Oxidkeramik oder Hartmetall aufgebracht wird und in einem weiteren Schritt eine Versiegelung samt thermischer Aushärtung mit stark farbabweisenden. Eigenschaften erfolgt unter Verwendung eines Sieglers vom Typ hydroxylgruppenhaltiger, siliconmodifizierter Acrylharze zur Vernetzung mit Polyisocyanaten, wobei die Aushärtung der Versiegelung nur bei Temperaturen von 20°C bis 100°C erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Beschichten erst ein Schleif- und/oder Poliervorgang der Schichtoberfläche erfolgt und erst anschließend die Versiegelung mit einem Siegler vom Typ hydroxylgruppenhaltigen, siliconmodifizierten Arcylharzen zur Vernetzung mit Polyisocyanaten samt Aushärtung erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Versiegelung ohne Ausbau der Komponente in der Druckmaschine erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung, Versiegelung und Aushärtung auf einer Druckmaschinenkomponente erfolgt, die nicht aus Stahl, sondern Leichtbauwerkstoffen wie Aluminium, Magnesium, Titan oder faserverstärktem Kunststoff besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die vor Verschleiß schützende Oxidkeramik- oder Hartmetallschicht durch thermisches Spritzen, wie atmosphärisches Plasmaspritzen oder Hochgeschwin digkeitsflammspritzen, aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die vor Verschleiß schützende Oxidkeramik- oder Hartmetallschicht durch Beschichtungsprozesse wie PVD (Physical Vapour Deposition), CDV (Chemical Vapour Deposition), Sintern, Heißisostatpressen, Galvanik, Sprengplattieren, Auftragschweißen, Auflöten, Klebetechniken oder Reaktivverfahren aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Oberflächenrauhigkeit der vor Verschleiß schützenden Schicht funktionsgerecht eingestellt wird, die zwischen 1,0 μm < R_z < 90 μm liegt.