DE2508972A1

DE2508972A1 - Farbaufbringungs- oder druckverfahren

Info

Publication number: DE2508972A1
Application number: DE19752508972
Authority: DE
Inventors: William B Neberg
Original assignee: Shamrock Chemicals Corp
Current assignee: Shamrock Chemicals Corp
Priority date: 1974-03-19
Filing date: 1975-03-01
Publication date: 1975-09-25
Also published as: IT1032332B; GB1492878A; FR2264670B3; CH599860A5; US3911160A; CA1044087A; JPS5916951B2; FR2264670A1; JPS50133011A

Description

UEXKÜLL C STOLEE^G PATENTANWÄLTE

BESELERSTRASSE A

DR. J.-O. FRHR. von UEXKÜLL

DR. ULRICH GRAF STOtBERQ DIPL.-ING. iÜRGEN SUCHANTKE

Shamrock Chemicals Corp. (Prio: 19. März 1974

New York, N.Y., V.St.A. ^{ÜS 452 512} " ^{F 21941} " ^12O7O)

Hamburg, den 27. Februar 1975

Farbaufbringungs- oder Druckverfahren

Die Erfindung betrifft ein Druckverfahren und insbesondere ein Verfahren zum Fixieren oder Härten von Farben, insbesondere Druckfarben.

Es ist bekannt, gepulverte Harze beim Trocknen von Druckfarben zu verwenden. Beispielsweise werden gemäß US-PS 2 110 219 bedruckte Flächen mit sogenannten Anti-Offsetpulver beschichtet, um einen Abstand zwischen zwei benachbarten bedruckten Bögen zu schaffen. Ferner werden bei thermographischen Druckverfahren Harzpulverteilchen mit einer Teilchengröße entsprechend einer Maschenzahl von 30 bis 200 auf die Farbe einer frisch bedruckten Fläche aufgebracht und aufgeschmolzen, um erhabene Buchstaben zu bilden, die wie Tiefdruckbuchstaben aussehen. Die Teilchengröße des Pulvers beeinflußt die Dicke oder das Ausmaß der Erhabenheit der Druckbuchstaben; die Dicke liegt im allgemeinen in einem Bereich von 0,1 bis 0,2 mm bzw. zwischen 100 und 200,Um; hierbei

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ist es erforderlich, daß die Teilchengröße des Pulvers möglichst gleichmäßig ist. Die Teilchengröße wird beeinflußt durch die Größe der verwendeten Schrifttype, da zu große Teilchen über den Buchstabenrand reichen und ungleichmäßige Buchstabenkanten verursachen, während zu kleine Teilchen keine ausreichend erhabenen Buchstaben ergeben und in den breiten Bereichen, wo viel Farbstoff von den Teilchen bedeckt werden muß, ein fleckiges Aussehen ergeben. Die thermographischen Farben können gegebenenfalls auch ein Lösungsmittel enthalten.

Andere Druckverfahren sind beispielsweise in der US-PS 2 317 beschrieben, bei denen ein feineres Harzpulver mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 16 bis 60,um verwendet wird, um die frisch gedruckte Druckfarbe zu beschichten. Bei diesem Verfahren wird im Gegensatz zu dem thermographischen Verfahren keine Erhabenheit erzielt; bei diesem Verfahren muß jedoch der Farbstoff ein Lösungsmittel enthalten, um das Harzpulver anzulösen oder aufzulösen. Das Vorhandensein von Lösungsmitteln hat jedoch erhebliche Nachteile; einmal muß zur Verdampfung des Lösungsmittels hinreichend Wärme zugeführt und die erwärmten Lösungsmitteldämpfe aus der Heizzone entfernt werden, was äußerst unwirtschaftlich ist; zum anderen muß das Lösungsmittel entweder auf kostspielige Weise wiedergewonnen v/erden oder führt beim Abblasen zu einer unerwünschten Luftverschmutzung.

Ältere Druckverfahren mit umweltfreundlichen, lösungsmittelfreien Farben haben erhebliche Nachteile, wie es beispielsweise von John W. Vanderhoff in "De-inking - Ink Industries Position",

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American Ink Maker, April 1973, Seiten 42 bis 46 beschrieben ist. Derartige Farben sollen mehrere Stunden oxidativ trocknen und müssen mit einer dünnen schnelltrocknenden transparenten Beschichtung versehen sein, die die Farbe solange schützt, bis die Farbschicht getrocknet ist. Diese Schutzschichten sind oft alkohollösliche Propionatharze, die sauerstoffdurchlässig sind, so daß aus der Harzbeschichtungslösung Lösungsmittel austritt, das zu einer Luftverschmutzung führt.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die obigen Nachteile zu beseitigen und ein neues Farbaufbringungs- oder Druckverfahren vorzuschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man eine lösungsmittelfreie Farbe auf einer Oberfläche aufbringt, auf die bedruckte Fläche ein Harzpulver mit einer Teilchengröße von 5 bis 1OyUm aufbringt und die mit Harzpulver behandelte Farbe zu einer nicht erhabenen und unter 7 ,um dicken bedruckten Fläche härtet.

Die Erfindung beruht auf der überraschenden Erkenntnis, daß man lösungsmittelfreie Farben schnell und wirtschaftlich mit gepulverten Harzen härten kann. Erfindungsgemäß wird also eine lösungsmittelfreie Farbe auf übliche Weise auf eine Oberfläche gebracht, anschließend v/erden gepulverte Harz teilchen von den 95 % eine Korngröße von etwa 1 bis 26 ,um und eine durchschnittliche Korngröße von etwa 5 bis 10 ,um haben, auf die Oberfläche aufgebracht, so daß sie an der feuchten Druckfarbe haften. Anschließend wird

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überschüssiges Pulver entfernt und die bedruckte Oberfläche durch einen Heiztunnel geführt, wo das Harz schmilzt. Zu diesem Zeitpunkt verbindet sich das geschmolzene Harz mit dem flüssigen Farbstoff. Diese Kombination härtet aus beim Abkühlen auf Zimmertemperatur, wenn ein thermoplastisches Harz verwendet wird oder härtet durch Polymerisation, wenn ein wärmehärtbares Harz eingesetzt wird, so daß man eine nicht erhabene gedruckte Fläche in einer Dicke von unter 7 ,um, beispielsweise von 0,5 bis 5 ,um erhält.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es wesentlich, lösungsmittelfreie Farben zu verwenden; wie beispielsweise:

1. Farben auf Basis von trocknenden Ölen, wie beispielsweise Leinöl, Tungöl, Sojaöl, Sonnenblumenöl, dehydratisiertes Castoröl bzw. Castorwachs, Holzöl, Mohnöl und Oitizika-Öl, die gegebenenfalls trocknende Katalysatoren wie Metallseifen enthalten.

2. Trocknende Alkydölfarben, die aus den oben erwähnten trocknenden Ölen, jedoch mit Zusatz von Glycerin und Isophthalsäure bis zur Einstellung auf die gewünschte Arbeitsviskosität hergestellt worden sind.

3. Mit Harz modifizierte, trocknende öl- bzw. Alkydfarben, bei denen die trocknenden Öl- oder Alkydfarben mit phenolischen Harzen oder Maleinharzen modifiziert sind.

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4. Gumharz- und Tallölharzfarben, die auf nicht umgesetzten Gumharzen oder Tallölharzen basieren.

5. Nicht trocknende Ölfarben auf Basis von mineralischen ölen oder Erdöl, wie beispielsweise Zeitungsdruckfarbe.

6. Farben auf Basis von Epoxyharzen, Polyurethanen und Polyamiden.

Wenngleich einige dieser Farben Lösungsmittel enthalten können, können diese Farben ohne Lösungsmittel verwendet werden. Die Auswahl der Farbe liegt im Belieben des Druckers, der sich nach der zu bedruckenden Oberfläche, z.B. Papier, Pappe oder Metall richtet.

Das bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Harz muß auf eine Teilchengröße von weniger als etwa 325 Maschen vermählen sein, wobei die optimale Teilchengröße (95 %) zwischen 1 und 26,um liegt. Es ist jedoch wesentlich, daß die durchschnittliche Teilchengröße zwischen etwa 5 und 10 ,um liegt. Diese Pulver können durch Vermählen, cryogenes Mahlen, durch Luftmahlen und Klassieren mit Luft, durch Sprühtrocknen, durch Kristallisation oder durch eine Kombination aller dieser Verfahren erhalten werden. Ein besonders geeignetes Pulver hat die folgende Teilchengrößenverteilung, die mikroskopisch nach Martin¹s-Durchnesser bestimmt worden ist.

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Durchmesser d Ln .um

η gezählte Anzahl	na
251	251-1004
115	575- 920
46	414- 552
27	351- 432
21	357- 420
10	210- 240
6	150- 168
3	87- 96
2	66- 72
3	110- 120
1	41- 44
485	2612-4068

Die durchschnittliche Teilchengröße entspricht der Summe von nd geteilt durch die Summe von n, d.h. 2612/485 bis 4068/485 oder 5,38 bis 8,38 Mikron.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann jedes geeignete Harz verwendet werden, vorausgesetzt, daß es auf die oben erwähnte Teilchengröße gebracht werden kann, bei einer geeigneten Temperatur schmilzt und zu einer mit der Farbe verträglichen Mischung schmilzt und sich beim Abkühlen zu einer klebfreien unbeweglichen Oberfläche verfestigt. Hierzu gehören sowohl thermoplastische als auch wärmehärtbare Harze, ferner Harze, die in Kombination mit den Farben oder den Zusätzen in der Farbe wärmehärtbar werden. Als Harze sind unter anderem geeignet: Kolophonium oder Terpentinharz, gegebenenfalls mit Maleinsäure, Fumarsäure, phenolischen oder anorganischen Komponenten modifizierte Harze, Erdölharze, Polyamidharze, natürliche Harze, Alkydharze Epoxyharze, Acrylharze, üre-

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thanharze, Aminoharze, mit Wachs, Pigmenten oder Füllstoffen oder anorganischen Zusätzen modifizierte Harze.

Um die Abriebbeständigkeit zu vergrößern, kann das gepulverte Harz 0,5 bis 3 Gew.% Wachs bzw. Paraffin enthalten, das jedoch eine Teilchengröße hat, die mit der des gepulverten Harzes vergleichbar ist. Als Wachse können unter anderem paraffinische, mikrokristalline, natürliche, synthetische und zusammengesetzte Wachse, Polyäthylen- und Polytetrafluoräthylenwachse verwendet werden, ferner können andere Zusätze wie Farbstoffe, Härtungsbeschleuniger, Ausgleichsmittel und andere funktionelle Zusätze zugegeben werden.

Das gepulverte Harz muß so auf die frisch bedruckte Fläche aufgebracht werden, daß man eine verhältnismäßig gleichmäßige Beschichtung erhält. Die Menge des verwendeten pulverisierten Harzes soll möglichst der Mindestmenge entsprechen, die zur Härtung der Farbe erforderlich ist. Vorzugsweise wird das gepulverte Harz nach dem elektrostatischen Pulverbeschichtungsverfahren aufgebracht. Demzufolge werden nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung elektrostatische Sprühpistolen benutzt, um eine genau kontrollierte Pulververteilung zu ermöglichen, wobei man die Harzpartikel elektrostatisch auflädt und eine entgegengesetzte Ladung auf der frisch gedruckten Oberfläche vorsieht.

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Die elektrostatischen Vorrichtungen befinden sich in einer Kammer mit Eintritts- und Austrittsöffnungen, so daß die frisch bedruckte Fläche durch die Kammer laufen kann. Diese Kammer bewirkt auch, daß das Pulver nur in diesem Aufbringungsraum vorhanden ist und Luftverunreinigungen ausgeschlossen sind.

Bei einer anderen Ausführungsform kann das Pulver mit einer Preßluftpistole aufgebracht werden; ferner kann man ein Wirbelbett benutzen, durch das die frisch bedruckte Bahn geführt wird und mit der mit Pulver beladenen Atmosphäre in Kontakt gelangt; man kann auch eine elektrodynamische Vorrichtung verwenden.

Das nicht an der Farbe haftende Pulver kann vor dem Härten entfernt werden, vorzugsweise mit einem Luftrakel, d.h. einer Vor-

richtung, bei der Preßluft unter einem Druck von 0,35 bis 3,5 kg/cm durch einen Schlitz oder mehrere Luftaustrittslöcher geblasen wird. Der Luftstrom wird gegen die mit Pulver beschichtete Fläche gerichtet und bläst das Pulver von den Bereichen weg, die nicht mit Farbe bedruckt sind. Die hierbei verwendete Luft kann zur Vernichtung der elektrostatischen Ladungen ionisiert sein. Diese Vorrichtung kann in einer getrennten Kammer oder zusammen mit der elektrostatischen Vorrichtung hinter dem Pulveraufbringungsbereich untergebracht sein. Vorzugsweise kann das entfernte Harzpulver wieder zurückgeführt und von neuem eingesetzt werden.

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Das Härten erfolgt in einem Tunnel, in dem eine Oberflächentemperatur von etwa 25 bis 9O°C oberhalb des Schmelzpunktes des Harzes herrscht. Zur Härtung können Tunnel mit Direktbeheizung oder mit Infrarotheizung verwendet werden.

Bei einem kontinuierlichen Schnell-Druckverfahren müssen Farbzufuhr , Umlaufgeschwindigkeit und andere Variablen eingestellt werden, um ein zufriedenstellendes Druckerzeugnis am Austrittsende der Druckerpresse zu erhalten. Analog wird auch die Geschwindigkeit der Pulverzufuhr durch die Anordnung der Pulversprühpistolen und durch die Spannung, durch die Zuführgeschwindigkeit und andere Parameter je nach Druckerpresse eingestellt. Im allgemeinen soll nur soviel Pulver verwendet werden, wie zur Härtung des Farbstoffes erforderlich ist, was je nach Deckungsvermögen, bedrucktem Material und gewünschter Qualität schwanken kann.

Wenn aus wirtschaftlichen Gründen die Pulverzufuhr gedrosselt wird, so ergibt sich eine geringe Verringerung des Glanzes. Eine weitere Verringerung der Pulverzufuhr führt zu einer unvoll-

ständigen Härtung, so daß dann die Pulvermenge wieder erhöht werden muß. Wenn man zu diesem Zeitpunkt einen Probeabzug macht, kann man bei vergrößerter Betrachtung Unregelmäßigkeiten feststellen. Unter einem schwach vergrößerndem Mikroskop erkennt man, daß sich die Harzteilchen mit den einzelnen Punkten zu einem Halbtonraster verschmolzen haben.

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Es wurde ferner festgestellt, daß man den Glanz vergrößern kann, indem man die Oberfläche vor dem Kühlen oder während des Kühlens mechanisch ausgleicht, was beispielsweise mit üblichen Kühlwalzen erreicht werden kann, mit deren man die Härtung des wärmehärtbaren Druckbildes vervollständigt; der Glanz kann auch durch zusätzliche Walzen erhöht werden. Der Druck muß ausreichen, um die Harzbeschichtung zu egalisieren; er darf jedoch nicht so stark sein, daß das Druckbild verschmiert. Die erhaltene Oberfläche hat unter einem gering vergrößernden Mikroskop ein glasartiges Aussehen. Die Dicke wird auf weniger als 1 ,um verringert. Darüber hinaus können auch noch niedrigere Äufbringungsmengen benutzt und trotzdem eine vollständige Härtung erzielt werden.

Gemäß Erfindung ist es somit möglich, eine auf übliche Weise aufgebrachte lösungsmittelfreie Druckfarbe schnell in einem Hochleistungsverfahren zu härten, ohne daß man erhabene Druckbuchstaben erzeugt. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Luftverunreinigung durch Lösungsmitte!dämpfe oder durch aus den Schutzschichten austretende Lösungsmittel vermieden. Darüber hinaus wird im Vergleich mit dem bisher bekannten Verfahren Wärmeenergie zum Trocknen der Farben eingespart, da keine Lösungsmitteldämpfe ausgetrieben werden müssen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung erläutert, die eine schematische Ansicht einer Druckvorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt.

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Von einer Vorratswalze 1 wird eine Papierbahn 2 kontinuierlich zu einer Druckerpresse 3 geführt und dort mit einer lösungsmittelfreien Farbe bedruckt. Durch ein Vorladegerät 4 wird eine elektrostatische Aufladung der frisch bedruckten Papierbahn 2 bewirkt, die dann eine Kammer 5 durchläuft, in der elektrostatische Vorrichtungen 6 das elektrostatisch geladene Pulver abgeben. Die mit dem Pulver bedeckte Papierbahn 2 wird dann durch einen Luftrakel

7 geführt, um die nicht an der Druckfarbe haftenden Harzpartikelchen zu entfernen. Anschließend wird die Papierbahn durch einen Heiζtunnel

8 geführt, wo das Harz aufschmilzt und sich mit der Farbe verbindet. Durch Kühlwalzen 9 wird die Papierbahn 2 abgezogen und ein Kühlen und ein Ausgleichen der bedruckten Oberfläche erreicht, wodurch der Druck gehärtet wird.

Beispiel 1

Mit einer nicht trocknenden blauen Offsetfarbe wurde ein Probedruck aus Buchstaben und einem Halbtonbild angefertigt. Das Papier wurde elektrostatisch aufgeladen; als Pulver v/urde ein Pulver der folgenden Zusammensetzung mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von etwa 7 Mikron verwendet.

Bestandteile Gew.% Schmelzpunkt in ⁰C

Polyamidharz	97,0	121
Polyäthylenwachs	2,5	101
Polytetrafluoräthylen	0,5	338

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Dieses Pulver wurde mit einer Geschwindigkeit von 5 g/min zugeführt, und elektrostatisch entgegengesetzt zu der Ladung der Papierbahn aufgeladen, überschüssiges Pulver wurde nicht entfernt. Das bedruckte und mit Pulver versehene Papier wurde dann durch einen Infrarot-Heiztunnel mit einer Temperatur von 300°C geführt. Die Oberfläche der austretenden Papierbahn hatte eine Temperatur von etwa 200°C. Beim Kühlen wurde ein glänzender gehärteter Druck mit einer Dicke von etwa 5 ,um erhalten.

Beispiel 2

Es wurde analog Beispiel 1 gearbeitet, wobei jedoch jetzt zur Entfernung überschüssigen Pulvers ein Luftrakel verwendet wurde. Es entstand ein gehärtetes glänzendes Druckbild mit einer Dicke von etwa 5 ,um.

Beispiel 3

Es wurde analog Beispiel 2 gearbeitet, wobei jedoch jetzt die Pulverzufuhr auf die Hälfte verringert wurde. Man erhielt ein gehärtetes halbglänzendes Druckbild mit einer Dicke von etwa 4,5 ,um.

Beispiel 4

Es wurde analog Beispiel 3 gearbeitet, wobei jedoch jetzt zum Ausgleich der Druckhöhe eine Kühlwalze verwendet wurde. Es wurde ein glänzendes Bild mit einer Dicke von etwa 3,5,um erhalten.

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Claims

Ansprüche

1. Farbaufbringungs- oder Druckverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß man eine lösungsmxttelfreie Farbe auf eine Oberfläche aufbringt, auf die so bedruckte Fläche ein Harzpulver mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 5 bis 10,um aufbringt und die mit Harzpulver behandelte Farbe zu einer nicht erhabenen und unter 7 ,um dicken bedruckten Fläche härtet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Harzpulver verwendet wird, das 0,5 bis 3 Gew.% eines gepulverten Wachses oder Paraffins enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das Harz elektrostatisch oder elektrodynamisch auf die Oberfläche aufbringt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man nicht an der Farbe anhaftendes Harz mit Luft von der Fläche abbläst und entfernt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man ein thermoplastisches Harz verwendet und die mit Harz behandelte Druckfarbe durch Durchleiten durch einen Tunnel bei einer Oberflächentenperatur von 25 bis 90⁰C über der des Schmelzpunktes des Harzes härtet.

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6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man das Harz durch direkte Flammenbeheizung oder Infrarotheizung härtet.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß man ein wärmehärtbares Harz verwendet.

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man die bedruckte Fläche einer Ausgleichsbehandlung oder Glättung unterwirft.

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