DE19505451C2 - Gummimischung mit verbesserten Benetzungseigenschaften und ihre Verwendung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Gummimischungen mit verbesserten Benetzungseigenschaften für hydrophile Fluide und ihre Verwendung, insbeson­ dere die Verwendung in Feuchtwerken im Offset-Druck.

Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche Anwendungen für Gummimaterialien bekannt, bei denen eine gute Benetzbarkeit des Gummis wünschenswert ist. Ein Beispiel dafür sind gummiüberzogene Walzen (im folgenden "Gummiwalzen" genannt) bei Druckverfahren und insbesondere deren Verwendung in Feuchtwerken bei Offset-Druckverfahren.

Bei Offset-Druckverfahren sind die druckenden Flächen der Druckplatte lipophil und nehmen dadurch Farbe an, während die nicht druckenden Flächen der Druckplatte hydrophil sind und Farbe abstoßen. Vor dem Farbauftrag werden die nicht druckenden Flächen der Druckplatte durch das Feuchtwerk mit einem wäßrigen Feuchtmittel benetzt, wobei der entstehende dünne Flüssigkeitsfilm als Trennschicht fungiert und verhindert, daß sich dort Farbe absetzt. Ein Feuchtwerk ist schematisch aufgebaut aus einem gummiüberzogenen Feuchtduktor, der das Feuchtmittel aus einem Vorratsbehälter schöpft, dem Feuchtreiber, üblicherweise eine Chrom- oder Keramikwalze, mit dem ein gleichmäßiger Film erzeugt wird, und der gummiüberzogenen Feuchtauftragswalze, die den wäßrigen Feuchtmittelfilm auf den Plattenzylinder überträgt.

Obwohl mit Wasser als Feuchtmittel die erforderliche Trennwirkung erzielt werden könnte, kann Wasser alleine nicht als Feuchtmittel verwendet werden, da die Benetzbarkeit der im Feuchtwerk verwendeten Gummiwalzen für Wasser nicht ausreichend ist, was ein Abreißen des Feuchtmittelfilms zur Folge hat.

Daher werden den Feuchtmitteln Zusatzstoffe beigefügt, mit denen die Benetzbarkeit der Gummiwalzen gefördert wird und/oder die Viskosität des Feuchtmittels erhöht wird, wodurch insgesamt eine Steigerung des Feuchtmitteltransports erzielt wird. Besonders bewährt hat sich der Zusatz von Isopropanol, und herkömmliche Feuchtmittel enthalten typischerweise bis zu 20% Isopropanol.

Die Nachteile der Alkoholfeuchtmittel bestehen vor allem in den hohen Kosten und in der gesundheitsschädigenden Wirkung von Isopropanol (MAK-Wert 400 ppm). Darüber hinaus stellt die Verwendung von Isopropanol auch eine hohe Umweltbelastung dar und somit einen zusätzlichen Kostenfaktor, da weitere hohe Investitionskosten bei der Lösungsmittelrückgewinnung bzw. Entsorgung entstehen.

Es wurden daher in der Vergangenheit Anstrengungen unternommen, die Alkoholfeuchtmittel durch alkoholarme oder alkoholfreie Feuchtmittel zu ersetzen. Alkoholersatzstoffe, wie etwa Tenside oder nicht flüchtige mehrwertige Alkohole (z. B. Glycerin oder Glykol) bringen jedoch Nachteile im Druckverfahren mit sich, wie etwa eine Überemulsion von Farbe und Feuchtmittel, verstärkte Korrosion, Schaumbildung oder auch einen Farblauf bis in den Feuchtmittelbehälter und umgekehrt einen Feuchtmittellauf in den Farbbehälter. Weiterhin sind viele der vorgeschlagenen Alkoholersatzstoffe ebenfalls stark toxisch.

Das Derwent Referat 90-373772/50 offenbart einen Gummi für Entwicklerrollen in der Photoindustrie, welcher einen Nitrilgummi und nicht migrierende Weichmacher enthält. In der offenbarten Zusammensetzung werden zwei nicht migrierende Weichmacher, nämlich flüssiger Nitrilgummi (30 Teile) und vulkanisiertes Pflanzenöl (10 Teile) pro 100 Teile Nitrilgummi verwendet. Unterschiede zur Zusammensetzung der vorliegenden Anmeldung bestehen somit insbesondere hinsichtlich des Anteils von Nitrilgummi, der gemäß (1) mehr als 70 Gew.-% beträgt, sowie bezüglich der Gegenwart weiterer Bestandteile bei der vorliegenden Erfindung, also von Faktissen, insbesondere zu einem derart hohen Anteil, sowie von Polyglykolen.

EP 38 31 27 offenbart Gummimischungen bzw. Vulkanisate auf Basis von hydriertem Nitrilkautschuk (HNBR) und Ethylen/Acrylnitril-Copolymerisat (EANMA) und betrifft somit Gummis auf Basis anderer Ausgangsmaterialien als die vorliegende Erfindung.

Blue Book 1984, Seite 328 betrifft die allgemein bekannte Verwendung von Polyglykolen in Gummis. Dieser Literaturstelle ist jedoch lediglich eine "äußerliche" Verwendung, etwa als Formtrennmittel oder Anti-Stick Mittel, zu entnehmen.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Gummi bereitzustellen, der im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Gummis für hydrophile Fluide besser benetzbar ist. Eine weitere Aufgabe ist es, eine Gummiwalze zur Verwendung bei Druckverfahren und insbesondere in Feuchtwerken bei Offset-Druckverfahren bereitzustellen.

Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit eine Gummimischung, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie von 15 bis 35 Gew.-% Festpolymer auf NBR- Basis, von 10 bis 25 Gew.-% Flüssigpolymer auf NBR-Basis, von 0 bis 15 Gew.- % Polymerweichmacher, von 15 bis 35 Gew.-% Faktisse, von 0,2 bis 10 Gew.- % Polyglykol und den Rest übliche Zusatzstoffe und Vulkanisationsmittel umfaßt.

Als Festpolymere auf NBR-Basis werden feste Acrylnitrilbutadienkautschuke sowie Gemische davon mit anderen Kautschuken und/oder PVC verwendet, wobei der Anteil an NBR-Polymer, bezogen auf das Gesamtgewicht von Festpolymer, üblicherweise mehr als 65 Gew.-% beträgt. Als NBR-Festpolymere eignen sich eine Vielzahl handelsüblicher Acrylnitril-Butadien-Copolymere, z. B. mit einem Acrylnitril-Gehalt (ACN-Gehalt) von 18 bis 50%, bevorzugt von 28 bis 38%.

Die Flüssigpolymere auf NBR-Basis sind fluide Acrylnitril-Butadien-Kautschuke sowie Gemische davon mit anderen Flüssigpolymeren, wie etwa Styrol-Butadien- Copolymere (SBR) oder Butadienpolymere (BR), wobei der Anteil an NBR- Kautschuk, bezogen auf das Gesamtgewicht von Flüssigpolymer, üblicherweise mehr als 65 Gew.-% beträgt. Geeignete NBR-Flüssigpolymere haben z. B. einen ACN-Gehalt von 18 bis 38%, bevorzugt von 24 bis 32%, und eine Brookfield- Viskosität von 5000 bis 50000 mPa.s, bevorzugt von 8000 bis 35000 mPa.s.

Als Polymerweichmacher sind prinzipiell alle synthetischen Polymerweichmacher verwendbar, die für NBR geeignet sind und durch Mineralöle und/oder Kohlenwasserstoffe nur geringfügig extrahiert werden. Beispiele solcher Polymerweichmacher sind Polyester, wie etwa Polyester von Adipin-, Sebacin-, Azelain- und Phthalsäure mit 1,2-Propandiol, 1,3-Propandiol, 1,3-Butandiol, 1,4- Butandiol, 1,6-Hexandiol und Gemische davon. Aus Kostengründen werden im allgemeinen Adipatpolyester, wie etwa Poly(1,3-butylenglycoladipat) bevorzugt. Eine Weglassung von Polymerweichmacher kann zu geringfügig erhöhtem Schrumpf bei Feuchtmitteln auf Ölbasis, jedoch zu deutlich verringerter Quellung bei Feuchtmitteln auf Basis Wasser oder Wasser-Isopropanol führen. Je nach verwendeter Farbe wird daher die Gegenwart oder Abwesenheit eines Polymerweichmachers bevorzugt.

Die Faktisse werden ausgewählt aus Faktissen auf Basis ungesättigter pflanzlicher oder tierischer Öle, wie etwa Rüböl, Rizinusöl, Sojaöl. Die genaue Auswahl ist nicht entscheidend, es ist jedoch bevorzugt, daß die verwendeten Faktissen eine gute Quellbeständigkeit gegenüber Ölen und Fetten aufweisen. In einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die Gummimischungen der vorliegenden Erfindung daher Faktisse auf Rizinusölbasis. Die Art der verwendeten Faktisse, d. h. ihr Herstellungsverfahren, ist nicht von Bedeutung und somit können Faktissen eingesetzt werden, die unter Verwendung von Schwefel, Chlorschwefel, Schwefelwasserstoff, Diisocyanat und Peroxid hergestellt wurden.

Die Polyglykole umfassen z. B. Polyethylenglykol, Polypropylenglykol und Gemische davon, und die genaue Auswahl ist nicht von Bedeutung. Eine Vielzahl verschiedener handelsüblicher Produkte kann verwendet werden, wobei solche Produkte mit einer relativen Molmasse von mehr als 800 bevorzugt sind, um Extraktionsverluste gering zu halten.

Die Auswahl der weiteren Zusatzstoffe und der Vulkanisationsmittel ist ebenfalls nicht kritisch, und sie können auf das vorgesehene Vulkanisationsverfahren bzw. auf die gewünschten Produkteigenschaften abgestimmt werden. Geeignete Zusatzstoffe umfassen z. B. Füllstoffe, wie etwa Ruße, Silikate, Kreide etc., Pigmente, Alterungs-, Konservierungsmittel. Geeignete Vulkanisationsmittel sind dem Fachmann bekannt.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt die erfindungsgemäße Gummimischung von 22 bis 28 Gew.-% Festpolymer auf NBR-Basis, von 14 bis 18 Gew.-% Flüssigpolymer auf NBR-Basis, von 2 bis 6 Gew.-% Polymerweichmacher, von 22 bis 28 Gew.-% Faktisse, von 1 bis 4 Gew.-% Polyglykol und den Rest übliche Zusatzstoffe und Vulkanisationsmittel.

Durch Vulkanisation der erfindungsgemäßen Gummimischung durch im Stand der Technik übliche Vulkanisationsverfahren ist ein Gummi mit verbesserter Benetzungseigenschaften für hydrophile Flüssigkeiten erhältlich. Vulkanisationsverfahren sind dem Fachmann bekannt und bedürfen hierin keiner weiteren Beschreibung.

Die vulkanisierten Gummimaterialien sind gekennzeichnet durch eine gute Oberflächenbenetzbarkeit für hydrophile Fluide und insbesondere für wäßrige Lösungen. Dadurch sind die Gummimaterialien für alle Anwendungen, bei denen eine gute Benetzbarkeit erwünscht ist, hervorragend geeignet. Obwohl die genaue Ursache für die bessere Benetzbarkeit nicht bekannt ist, wird angenommen, daß sie mindestens teilweise durch die Kombination aus einer erhöhten Hydrophilie aufgrund der verwendeten Polyglykole sowie einer besonderen, durch den hohen Faktissenanteil verursachten Oberflächenbeschaffenheit hervorgerufen wird.

Weiterhin wurde festgestellt, daß die vulkanisierten Gummimaterialien eine überraschend niedrige Nachhärtung aufweisen. Obwohl eine Reduzierung der Nachhärtung durch Verwendung von nicht-extrahierbarem Polymerweichmacher erzielt wird, wird angenommen, daß die hohe Stabilität dieser Gummimaterialien zumindest zum Teil auch auf die besondere Kombination der verwendeten Ausgangsmaterialien zurückzuführen ist. Sie eignen sich daher insbesondere für Anwendungen, bei denen eine Nachhärtung unerwünscht ist bzw. bei denen die Materialien längere Zeit extrahierenden oleophilen Stoffen ausgesetzt sind.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Gummimischung zur Herstellung einer Gummiwalze zur Verwendung bei Druckverfahren und insbesondere zur Verwendung in Feuchtwerken bei Offset-Verfahren in vulkanisierter Form.

Ein wesentlicher Vorteil der so hergestellten Gummiwalze besteht in der besseren Benetzbarkeit der Walzenoberfläche, wodurch eine wesentliche Reduzierung der Menge des bisher verwendeten Benetzungsmittels Isopropanol von bisher etwa 10 bis 15% auf 0 bis etwa 5% erreicht wird. Die erfindungsgemäßen Walzen eignen sich durch ein verbessertes Schöfverhalten des Feuchtmittels hervorragend zur Verwendung als Feuchtduktoren. Durch die verbesserte Benetzbarkeit wird auch eine gleichmäßigere Wasseraufnahme erreicht, wodurch eine genauere Dosierung an Feuchtmittel ermöglicht wird. Die Verwendung ist jedoch nicht auf die Feuchtduktoren beschränkt, sondern in allen Bereichen, bei denen eine gute Benetzbarkeit wünschenswert ist, vorteilhaft.

Ein weiterer Vorzug der bei der erfindungsgemäßen Verwendung erhaltenen Walzenbeläge besteht in der geringen Nachhärtung. Bei herkömmlichen Gummiwalzen wird eine Nachhärtung zumindest zum Teil durch Extraktion der Weichmacher durch die verwendeten Farbmaterialien verursacht. Demgegenüber bleiben die mit der erfindungsgemäßen Gummimischung hergestellten Gummiwalzen über einen langen Zeitraum stabil.

Weiterhin wurde überraschend festgestellt, daß sich diese Walzenüberzüge durch eine geringe Farbannahme bzw. Farbablagerung auszeichnen. Dadurch wird ein Tonern der Feuchtwalzen durch die Farbe weitgehend vermieden, und eine Verschleppung von Farbe in den Feuchtmittelbehälter und umgekehrt wird auf ein Mindestmaß reduziert.

Durch die Kombination der vorteilhaften Eigenschaften des erfindungsgemäßen Materials wird es möglich, im Offset-Druck den Isopropanolzusatz wesentlich zu reduzieren, z. B. auf 1 bis 2% oder sogar völlig alkoholfrei zu arbeiten. Als besonders günstig hat sich die Verwendung des erfindungsgemäßen Materials bei Feuchtduktoren und Feuchtauftragswalzen erwiesen. Als Feuchtreiber können in der Technik herkömmliche Chromreiber verwendet werden, besonders gute Ergebnisse werden jedoch mit Keramikfeuchtreibern erzielt, die besten Ergebnisse wurden mit Hydrocer-Keramikfeuchtreibern (Fa. Coatec) erhalten.

Als Feuchtmittel können herkömmliche Feuchtmittelzusammensetzungen verwendet werden, die jedoch einen stark reduzierten Isopropanolgehalt aufweisen oder sogar alkoholfrei sein können. Herkömmliche Feuchtmittel umfassen z. B. Wasser, Puffersubstanzen zur pH-Wert- und Wasserhärtestabilisierung, Platten- und Korrosionsschutzmittel, antimikrobielle Zusätze und gegebenenfalls Alkoholaustauschstoffe.

Die folgenden Beispiele zeigen die Herstellung der erfindungsgemäßen Gummimischung und die vorteilhafte Verwendung derselben für eine Gummiwalze im Offset-Druck.

Beispiele 1 bis 12 Herstellung von Gummi in Walzenform

Die Ausgangsmaterialien wurden in den in Tabelle 1 angegebenen Mengenverhältnissen vermischt, geformt und heiß vulkanisiert. Als Festpolymer wurden NBR-Kautschuke verwendet mit einem ACN-Gehalt von 28 Gew.-% (A), 18 Gew.-% (B) und 39 Gew.-% (C), sowie ein Gemisch von NBR-Kautschuk A mit PVC im Gewichtsverhältnis von 3 : 1 (D). Das verwendete Flüssigpolymer hatte einen ACN-Gehalt von 28% und eine Brookfield-Viskosität von 20000 bis 30000 mPa.s. Als Faktis wurde ein Material auf Basis von Rizinusöl verwendet, und der Polymerweichmacher war Poly(1,3-butylenglycoladipat).

Tabelle 1

Die erhaltenen Gummi zeigten durchwegs gute Benetzbarkeit mit Wasser und eine geringe Nachhärttendenz.

Beispiel 13

Auf einer Druckmaschine vom Typ MOZP (Heidelberger Druckmaschinen) wurden auf zwei Papieren verschiedener Saugfähigkeit Testdrucke hergestellt. Die verwendete Farbe war Magenta (Hostmann-Steinberg). Als Feuchtreiber wurde eine chrombeschichtete Reiberwalze (Originalausstattung) sowie eine keramikbeschichtete Walze verwendet. Als Feuchtduktor werden eine ballig geschliffene herkömmliche Feuchtwalze (Originalausstattung) sowie eine zylindrisch geschliffene herkömmliche Feuchtwalze und eine zylindrisch geschliffene erfindungsgemäß beschichtete Feuchtwalze, die mit dem Gummi aus Beispiel 7 beschichtet war, verwendet. Als Feuchtmittel wurde Wasser mit einem Isopropanolzusatz von 7 bis 0% getestet sowie Wasser mit dem Alkohol­ ersatzstoff VP 1080 (Hostmann-Steinberg).

Als Prüfkriterien dienten die Stärke des Wasserfilms auf dem Druckzylinder bei konstanter Spalteinstellung und die Größe des Druckprozeßfensters zwischen Schmiergrenze (zu wenig Wasserangebot) und Wassermarken (zu großes Wasserangebot).

Es zeigte sich, daß bei den Originalbedingungen (Chromreiber, herkömmliche ballig geschliffene Feuchtwalze und 7% Isopropanol im Feuchtmittel) ein ausreichend großes Prozeßfenster erhalten wurde, daß jedoch bei einer Reduzierung des Isopropanolanteils kein zufriedenstellendes Druckergebnis zu erzielen war. Ein Austausch der ballig geschliffenen Walze gegen eine herkömmliche zylindrisch geschliffene Walze sowie ein Wechsel des Chromreibers gegen einen Keramikfeuchtreiber erbrachten ebenfalls kein zufriedenstellendes Druckergebnis.

Bei Verwendung der mit der erfindungsgemäßen Gummimischung erhaltenen Walze als Feuchtduktor war sowohl bei Verwendung des Chromreibers wie bei Verwendung des Keramikfeuchtreibers ohne Isopropanolzusatz ein zufrieden­ stellendes Druckergebnis möglich. Die Größe des Prozeßfensters war dabei nur geringfügig kleiner wie bei den Originalbedingungen mit 7% Isopropanol.

Eine weitere Verbesserung, d. h. eine zusätzliche Vergrößerung des Prozeßfensters, wurde bei Verwendung des Keramikfeuchtreibers und dem Einsatz von Alkoholersatzstoff VP 1080 erreicht.

Der Vergleich zeigt, daß bei Verwendung dieses Materials als Belag eines Feuchtduktors eine deutliche Verringerung des Isopropanolzusatzes im Feuchtmittel ermöglicht wird und sogar bei alkoholfreiem Druck zufriendenstellende Ergebnisse erreicht werden.

Claims (9)

1. Gummimischung, dadurch gekennzeichnet, daß sie von 15 bis 35 Gew.-% Festpolymer auf NBR-Basis, von 10 bis 25 Gew.-% Flüssigpolymer auf NBR-Basis, von 0 bis 15 Gew.-% Polymerweichmacher, von 15 bis 35 Gew.-% Faktisse, von 0,2 bis 10 Gew.-% Polyglykol und den Rest übliche Zusatzstoffe und Vulkanisationsmittel umfaßt.

2. Gummimischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie von 22 bis 28 Gew.-% Festpolymer auf NBR-Basis, von 14 bis 18 Gew.-% Flüssigpolymer auf NBR-Basis, von 2 bis 6 Gew.-% Polymerweichmacher, von 22 bis 28 Gew.-% Faktisse, von 1 bis 4 Gew.- % Polyglykol und den Rest übliche Zusatzstoffe und Vulkanisationsmittel umfaßt.

3. Gummimischung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das NBR-Festpolymer einen ACN-Gehalt von 16 bis 50% hat und daß das NBR-Flüssigpolymer einen ACN-Gehalt von 18 bis 38% und eine Brookfield-Viskosität von 5000 bis 50000 mPa.s hat.

4. Gummimischung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das NBR-Festpolymer einen ACN-Gehalt von 17 bis 40% hat und daß das NBR-Flüssigpolymer einen ACN-Gehalt von 24 bis 32% und eine Brookfield-Viskosität von 8000 bis 35000 mPa.s hat.

5. Gummimischung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Faktisse eine Faktis auf Basis von Rizinusöl sind.

6. Verwendung der Gummimischung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Herstellung von Gummi mit verbesserten Benetzungseigenschaften für hydrophile Fluide durch Vulkanisation.

7. Verwendung nach Anspruch 6 als Walzenbelag in Druckmaschinen.

8. Verwendung nach Anspruch 7 in Feuchtwerken.

9. Verwendung nach Anspruch 7 oder 8 zur Herstellung einer Gummiwalze für den Offset-Druck.