DE202016008483U1

DE202016008483U1 - Rotationsdruckmaschine

Info

Publication number: DE202016008483U1
Application number: DE202016008483.7U
Authority: DE
Original assignee: Windmoeller and Hoelscher KG
Current assignee: Windmoeller and Hoelscher KG
Priority date: 2015-05-28
Filing date: 2016-05-23
Publication date: 2018-02-15
Anticipated expiration: 2026-05-24
Also published as: WO2016188757A1; DE202016008482U1; DE102015209826A1; WO2016188964A1

Abstract

Rotationsdruckmaschine, mit einer Bedruckstation zum Aufbringen von wasserlöslicher Druckfarbe auf eine Kunststofffolie und mit einer der Bedruckstation vorgeschalteten Reaktionskammer, in der auf dem Wege der Plasma-Behandlung die Oberfläche der Kunststofffolie mittels eines Gasstrahls derart verändert wird, dass die Oberfläche mit wasserlöslicher Druckfarbe ohne Verwendung einer Primerschicht bedruckbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Rotationsdruckmaschine mit einer Bedruckstation zum Aufbringen von wasserlöslicher Druckfarbe auf eine Kunststofffolie.
Neben den druckformgebundenen Druckverfahren (insbesondere Flexodruck, Tiefdruck und Offsetdruck) werden im industriellen Bereich inzwischen vermehrt auch Digitaldruckverfahren eingesetzt, bei denen die Druckfarbe ohne Druckform auf die Kunststofffolie aufgebracht wird. Als Beispiele sind in diesem Zusammenhang insbesondere das Inkjet-Verfahren und das Flüssigtoner-Verfahren zu nennen.
Beim Inkjet-Verfahren wird in bekannter Weise die Druckfarbe über Düsen in Abhängigkeit von einem Bebilderungssignal auf die Kunststofffolie übertragen. Bei den dabei verwendeten Druckfarben handelt es sich in der Regel um wasserlösliche Druckfarben.
Beim Flüssigtoner-Verfahren werden in Polymere eingebettete Pigmente in einer Transportflüssigkeit vor die Kunststofffolie gebracht und dann in Abhängigkeit von einem Bebilderungssignal aus der Transportflüssigkeit auf die Kunststofffolie übertragen. Dieses Verfahren eignet sich insbesondere für das Bedrucken von Kunststofffolien, da Kunststofffolien selbst bei einem Kontakt mit der Transportflüssigkeit durch diese in keinster Weise beeinträchtigt werden. Für Lebensmittelverpackungen sind allerdings die Ölbestandteile problematisch, die in der Transportflüssigkeit enthalten sind und die zusammen mit den Pigmenten in Form von Restölbestandteilen auf die Kunststofffolie gelangen können.
Wenn die Kunststofffolie mit wasserlöslichen Farben bedruckt werden soll, dann ist in der Regel eine Vorbehandlung der Kunststofffolie notwendig. Kunststofffolien (z. B. aus Polypropylen oder PE) haben grundsätzlich eine unpolare Eigenschaft, was bedeutet, dass derartige Kunststofffolien vor dem Bedrucken behandelt werden müssen, um eine ausreichende Haftung der polaren wasserlöslichen Farben auf der Kunststofffolie zu gewährleisten. Eine bekannte Maßnahme ist in diesem Zusammenhang das Auftragen einer Vermittlungsschicht (Primer) vor dem eigentlichen Bedrucken. Da die Vermittlungsschicht vor dem Bedrucken allerdings getrocknet werden muss, ist dieses Verfahren verhältnismäßig aufwendig.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, das Bedrucken einer Kunststofffolie mittels einer Rotationsdruckmaschine mit wasserlöslichen Druckfarben zu vereinfachen.
Diese Aufgabe wird mit einer der Bedruckstation vorgeschalteten Reaktionskammer gelöst, in der auf dem Wege der Plasma-Behandlung die Oberfläche der Kunststofffolie mittels eines Gasstrahls derart verändert wird, dass die Oberfläche mit wasserlöslicher Druckfarbe ohne Verwendung einer Primerschicht bedruckbar ist.
Bei der erfindungsgemäßen Rotationsdruckmaschine wird der Bedruckstation eine Reaktionskammer vorgeschaltet, wobei in der Reaktionskammer auf dem Wege der Plasma-Behandlung die Oberfläche der Kunststofffolie mittels eines Gasstrahls derart verändert wird, dass die Oberfläche mit wasserlöslicher Druckfarbe ohne Verwendung einer Primerschicht bedruckbar ist.
Versuche mit der erfindungsgemäßen Reaktionskammer haben gezeigt, dass das anschließende Bedrucken von Kunststofffolien mit wasserlöslichen Druckfarben auch ohne Primerschicht möglich ist. Durch die erfindungsgemäße Vorbehandlung wird die Oberfläche der Kunststofffolie mit zumindest einem der folgenden Effekte modifiziert: Vorbehandlung wird die Oberfläche der Kunststofffolie mit zumindest einem der folgenden Effekte modifiziert:

– Die Oberflächenspannung wird herabgesetzt.
– Es wird eine höhere Oberflächenrauigkeit erzeugt.
– Die aus der Folie austretenden Weichmacher (z. B. Öle) und Flussmittel (z. B. Paraffine) oxidieren.
– Es werden Stoffe in die Oberfläche der Kunststofffolie eingetragen, die auf der Oberfläche einen polaren Effekt erzeugen (sogenanntes Dotieren).

Die Reaktionskammer besteht aus mindestens einer Plasmaelektrode und einer Gegenelektrode, zwischen denen eine hochfrequente Wechselspannung zur Ausbildung eines Gasplasmas anliegt. Frequenz und Amplitude der Wechselspannung hängen dabei von den äußeren Gegebenheiten der Reaktionskammer ab. Wenn der Abstand zwischen der Plasmaelektrode und der Gegenelektrode beispielsweise 1 mm beträgt, dann bildet sich in dem zwischen Plasmaelektrode und Gegenelektrode befindlichen Gas ein Plasma ab einer Amplitude von etwa 1 kV aus, wobei die Frequenz mehr als 1 kHz, vorzugsweise mehr als 10 kHz betragen sollte. Ein wichtiges Maß für die Einstellung der Amplitude ist die sogenannte Durchbruchspannung. Dies ist die Spannung, ab der sich in dem zwischen Plasmaelektrode und Gegenelektrode befindlichen Gas ein Plasma ausbildet, was zu einem plötzlichen Ansteigen des Stroms führt, da sich die Leitfähigkeit zwischen Plasmaelektrode und Gegenelektrode schlagartig verringert. Hiervon ausgehend werden gute Ergebnisse erzielt, wenn die Amplitude der anliegenden Wechselspannung dann auf 10%–50% über der Durchbruchspannung eingestellt wird. Die anliegende Frequenz hat dagegen keinen unmittelbaren Einfluss auf die Ausbildung des Plasmas. Allerdings hat es sich gezeigt, dass die von der Reaktionskammer zu erzielende Wirkung mit steigender Frequenz zunimmt, sodass vorzugsweise Frequenzen über 10 kHz eingestellt werden.
Die Gegenelektrode besteht vorzugsweise aus einem Führungszylinder, auf dem die Kunststofffolie beim Durchtritt durch die Reaktionskammer anliegt. In diesem Fall ist es besonders vorteilhaft, wenn der Führungszylinder als Kühlwalze ausgebildet ist, sodass eine unerwünschte Erwärmung der Kunststofffolie vermieden werden kann. Es ist allerdings auch denkbar, dass die Kunststofffolie auf einer Ebene liegend durch die Reaktionskammer hindurchtritt.
Eine andere Möglichkeit der Plasma-Erzeugung besteht darin, dass das Plasma in einer Plasma-Sprüh-Einheit autonom erzeugt wird, wie dies auch von Plasma-Spritzgeräten zum Beschichten von Werkstückoberflächen bekannt ist. Folglich wirkt der oben erwähnte Führungszylinder in diesem Fall nicht als Gegenelektrode, sondern Elektrode und Gegenelektrode befinden sich vielmehr beide in der Plasma-Sprüh-Einheit, durch die der Gasstrahl mit dem Plasma beaufschlagt wird.
Befriedigende Ergebnisse können bereits dann erzielt werden, wenn der Gasstrahl aus Umgebungsluft besteht. Die Wirkung der Reaktionskammer kann allerdings gesteigert werden, wenn der aus Umgebungsluft bestehende Gasstrahl vor der Reaktionskammer in geeigneter Weise durch zusätzliche Bestandteile angereichert wird, beispielsweise durch Sauerstoff und/oder durch Wasserdampf bzw. durch Anreicherung der Luftfeuchtigkeit und/oder durch weitere Zusätze (Edelgase, Aerosole, etc.). Besonders vorteilhaft kann es auch sein, wenn der Gasstrahl vor dem Eintritt in die Reaktionskammer mit einer UV-Strahlung beaufschlagt wird. Durch die UV-Strahlung wird in dem Gasstrahl Ozon erzeugt, infolge dessen es zur Bildung von Radikalen kommt, und zwar insbesondere von Hydroxyl-Radikalen (OH-Radikalen).
Sollte eine Reaktionskammer dabei nicht ausreichen, können auch mehrere Reaktionskammern hintereinander geschaltet werden, um die gewünschte Wirkung zu erzielen.
Besonders vorteilhaft ist die hier beschriebene Vorbehandlung auch für das Inkjet-Verfahren, da bei diesem Verfahren häufig wasserlösliche Druckfarben verwendet werden.
Eine bevorzugte Verwendung der Erfindung ist der Einsatz in einer Flexodruckmaschine oder in einer Digitaldruckmaschine. Ebenfalls geeignet ist der Einsatz in einer Flexodruckmaschine, die mindestens ein Digitaldruck-Farbwerk aufweist.
Eine weitere Anwendung der Erfindung ist die Nachbehandlung von Kunststofffolien mit einer der Bedruckstation nachgeschalteten Reaktionskammer, in der auf dem Wege der Plasma-Behandlung unerwünschte Bestandteile aus der Druckfarbe gelöst und durch einen Gasstrahl abtransportiert werden. Diese Nachbehandlung ist besonders wirkungsvoll bei Kunststofffolien, die nach dem Flüssigtoner-Verfahren bedruck wurden. Dies bedeutet, dass die Druckfarbe einen Flüssigtoner umfasst, der in Polymere eingebettete Pigmente sowie mineralölhaltige Bestandteile umfasst, wobei dann die mineralölhaltigen Bestandteile durch die Plasma-Behandlung aus der Druckfarbe gelöst werden.
Eine weitere Anwendung der erfindungsgemäßen Reaktionskammer kann allerdings auch allgemein in der chemischen Trocknung der auf die Kunststofffolie aufgetragenen Druckfarbe bestehen. Die chemische Trocknung basiert dabei auf der Oxidation und Polymerisation der trocknenden Öle und Harze. Denkbar ist in diesem Zusammenhang auch die Nachbehandlung zur Entfernung von Restbestandteilen des in der Druckfarbe enthaltenen Lösemittels (beispielsweise Alkohole, Ethylacetat oder Toluol).
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigt
1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Plasma-Behandlung einer Kunststofffolie nach einer ersten Ausführungsform und
2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Plasma-Behandlung einer Kunststofffolie nach einer zweiten Ausführungsform
1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Plasma-Behandlung einer Kunststofffolie 101 nach einer ersten Ausführungsform. Der Weg der Kunststofffolie ist durch die beiden Umlenkwalzen 102 und 104 sowie durch den Führungszylinder 103 fixiert. Oberhalb des Führungszylinders 103 befindet sich die Reaktionskammer 105, in der von oben eine oder mehrere Plasmaelektroden 106 eingelassen sind. Für sämtliche Plasmaelektroden 106 dient der geerdete Führungszylinder 103 als Gegenelektrode. Die Plasmaelektroden 106 weisen an ihrem unteren Ende eine dielektrische Schicht 119 zur Erhöhung der Durchbruchspannung zwischen jeder einzelnen Plasmaelektrode 106 und dem Führungszylinder 103 auf.
Der in der Reaktionskammer 105 hindurchtretende Gasstrahl wird durch ein Druckgebläse 108 sowie durch ein Sauggebläse 110 erzeugt. Beide Gebläse sind durch eine Lüftungs-Hinleitung 107 sowie durch eine Lüftungs-Rückleitung 109 in geeigneter Weise mit der Reaktionskammer 105 verbunden, sodass in der Reaktionskammer 105 der gewünschte Gasstrom entsteht.
Sämtliche beschriebene Komponenten sind mit Steuereinheit 112 verbunden, um die jeweiligen Prozessparameter in der gewünschten Weise zu steuern. Insbesondere sind die Plasmaelektroden 106 über die Leitungen 113 mit der Steuereinheit 112 verbunden und werden von dieser mit einer hochfrequenten Wechselspannung angesteuert. Die Steuereinheit 112 bezieht dabei die erforderliche Wechselspannung von mindestens einem HF-Generator 111. Um die Plasmaelektroden einzeln sowie mit verschiedenen Amplituden und Frequenzen ansteuern zu können, werden in der Regel mehrere HF-Generatoren 111 bereitgestellt.
Über nicht weiter dargestellte Strom-Messgeräte misst die Steuereinheit 112 den Strom für jede einzelne Plasmaelektrode 106 und ermittelt auf diese Weise die Durchbruchspannung, ab der sich das gewünschte Plasma in der Reaktionskammer 105 ausbildet. In Abhängigkeit von der jeweils ermittelten Durchbruchspannung wird jeder einzelne HF-Generator 111 über die Steuerleitung 114 derart gesteuert, dass das Plasma in der Reaktionskammer 105 aufrechterhalten bleibt. Auch die Frequenz jedes einzelnen HF-Generators 111 kann über die Steuerleitung 114 gesteuert werden.
Über die Steuerleitungen 115 und 116 kann die Strömungsgeschwindigkeit des Gasstrahls innerhalb der Reaktionskammer 105 eingestellt werden. Gleichzeitig werden die Gebläse 108 und 110 über die Steuerleitungen 115 und 116 derart reguliert, dass sich an den Einlässen 117 und 118 eine dichtende Atmosphäre bildet. Dies wird dadurch erreicht, indem die Strömungsgeschwindigkeit in der Lüftungs-Rückleitung 109 stets oberhalb der Strömungsgeschwindigkeit in der Lüftungs-Hinleitung 107 gehalten wird. Falls somit schadhafte Bestandteile innerhalb der Reaktionskammer 105 von dem Gasstrahl aus der Kunststofffolie gelöst und mitgenommen werden, können diese in der Lüftungs-Rückleitung 109 durch geeignete Maßnahme sicher entsorgt werden.
Das aus der Reaktionskammer 105 abgeführte Ende 120 der Kunststofffolie wird dann wie oben beschrieben einer Bedruckstation innerhalb der Rotationsdruckmaschine zugeführt.
2 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Plasma-Behandlung einer Kunststofffolie 101 nach einer zweiten Ausführungsform. Die zweite Ausführungsform gemäß 2 unterscheidet sich gegenüber der ersten Ausführungsform gemäß 1 durch die Art und Weise der Plasma-Erzeugung. Im Übrigen kann auf die Beschreibung gemäß 1 verwiesen werden, soweit sich die entsprechenden Bezugszeichen auch in 2 wiederfinden.
Die Plasma-Erzeugung gemäß 2 erfolgt nunmehr durch die Plasma-Sprüh-Einheit 201, die über die Leitung 202 mit der Steuereinheit sowie mit der Leitung 203 mit der gemeinsamen Masse verbunden ist. In der Plasma-Sprüh-Einheit 201 wird autonom das Plasma bzw. das ionisierte Gas erzeugt, wie dies auch von Plasma-Spritzgeräten zum Beschichten von Werkstückoberflächen bzw. von Ionisatoren mit Koronaentladung zur Ionisation von Gasen bekannt ist. Folglich wirkt der Führungszylinder 103 in diesem Fall nicht als Gegenelektrode, sondern Elektrode und Gegenelektrode befinden sich beide in der Plasma-Sprüh-Einheit 201.
Die Plasma-Sprüh-Einheit 201 weist außerdem eine Reaktionsmedium-Zuführleitung 204 mit einem Gebläse 205 auf, in der das betreffende Reaktionsmedium dem Lichtbogen bzw. der Korona-Entladung innerhalb der Plasma-Sprüh-Einheit zugeführt wird. Das derart aufbereitete Reaktionsmedium tritt dann in die Lüftungs-Hinleitung 107 aus und wird in die Reaktionskammer 105 mitgenommen, in der dann die gewünschte Reaktion mit der Oberfläche der Kunststofffolie 101 eintritt.
Als weitere Variante ist es auch denkbar, dass die Arten der Plasma-Erzeugung gemäß 1 und 2 nicht nur einzeln, sondern auch kombiniert angewandt werden, um die Wirkung der gewünschten Reaktion weiter zu erhöhen. Darüber hinaus ist es auch denkbar, dass die beschriebenen Ausführungsbeispiele kaskadiert angewandt werden, indem mehrere Vorrichtungen gemäß 1 und/oder gemäß 2 hintereinander geschaltet werden.

Claims

Rotationsdruckmaschine, mit einer Bedruckstation zum Aufbringen von wasserlöslicher Druckfarbe auf eine Kunststofffolie und mit einer der Bedruckstation vorgeschalteten Reaktionskammer, in der auf dem Wege der Plasma-Behandlung die Oberfläche der Kunststofffolie mittels eines Gasstrahls derart verändert wird, dass die Oberfläche mit wasserlöslicher Druckfarbe ohne Verwendung einer Primerschicht bedruckbar ist.
Rotationsdruckmaschine nach Anspruch 1, wobei die Reaktionskammer aus mindestens einer Plasmaelektrode und einer Gegenelektrode besteht, zwischen denen eine hochfrequente Wechselspannung zur Ausbildung eines Gasplasmas innerhalb des Gasstrahls anliegt.
Rotationsdruckmaschine nach Anspruch 2, wobei die Gegenelektrode aus einem Führungszylinder besteht, auf dem die Kunststofffolie beim Durchtritt durch die Reaktionskammer anliegt.
Rotationsdruckmaschine nach Anspruch 3, wobei der Führungszylinder als Kühlwalze ausgebildet ist.
Rotationsdruckmaschine nach einem der Ansprüche 1–4, wobei der Gasstrahl vor der Reaktionskammer durch zusätzliche Bestandteile angereichert wird.
Rotationsdruckmaschine nach einem der Ansprüche 1–5, wobei der Gasstrahl vor Eintritt in die Reaktionskammer mit einer UV-Strahlung beaufschlagt wird.
Rotationsdruckmaschine nach einem der Ansprüche 1–6, wobei die Rotationsdruckmaschine eine Flexodruckmaschine ist.
Rotationsdruckmaschine nach einem der Ansprüche 1–7, wobei die Rotationsdruckmaschine mindestens ein Digitaldruck-Farbwerk aufweist.