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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Druckfarbenzusammensetzung für den Buchdruck,
die zum Bedrucken von Umwickelmaterialien für Rauchwaren, wie Zigaretten,
nützlich
ist.
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Fast
alle Zigarettenfertiger dekorieren den Zigarettenschaft mit gedruckten
Logos oder Markennamen gewöhnlich
mit roten, blauen oder goldenen Druckfarben. Diese Dekorationen
erleichtern das Differenzieren eines Produkts von anderen Produkten
auf dem Markt und schützen
das Produkt gegen Fälschung.
Andererseits unterstützen
derartige Dekorationen das Markenimage durch Verbessern der Identifizierung
des Produkts oder bieten dem Kunden einfach gewisse Informationen,
z. B. bezüglich
der Qualität
des Produkts.
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Von
den internationalen Zigarettenfirmen werden zwei Hauptverfahren
zum Aufbringen eines Logos/einer Beschreibung auf die Zigarette
angewendet:
- – das direkte Aufdrucken während der
Zigarettenherstellungsstufe durch ein Buchdruckverfahren.
- – Vorbedrucktes
Mundstück
(wird hauptsächlich
bei Zigaretten mit weißem
Filter verwendet).
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Das
direkte Druckverfahren ist eine herkömmliche (luftgetrocknete) Buchdruckanwendung,
wobei direkt auf das Zigarettenpapier gedruckt wird. Die Druckfarbeneinheit
befindet sich im Allgemeinen innerhalb des Zigaretten herstellenden
Teils der Maschine. Die Druckfarbe wird mit großer Geschwindigkeit zu Beginn
des gesamten Vorgangs auf das Zigarettenpapier aufgebracht. Daraufhin
wird das Papier mit Tabak gefüllt
und dann durch Erhitzen zusammengeklebt, um die bekannte Zigarettenform
zu erhalten. Schließlich
wird der Zigarette, falls erwünscht,
ein Filter zugefügt.
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Die
Geschwindigkeit dieser Maschinen kann von einem Typ Zigarettenfertiger
zum anderen variieren und als entweder Einzel- oder Doppelbahnfertiger
eingestuft werden. Doppelbahnfertiger arbeiten im Allgemeinen etwas
schneller als Einzelbahnfertiger (dies wird als Zigaretten pro Minute,
gewöhnlich
4 bis 7000 Zigaretten/Minute/Bahn ausgedrückt). In den meisten Fällen bestehen
die „Stempel" aus Metall (Stahl),
da die Oberfläche
des Zigarettenpapiers rau ist und irgendein anderes Material verschlissen
werden würde.
Die Druckgeschwindigkeit stellt gewisse Anforderungen, die die Druckfarbe
erfüllen
muss, um eine ausreichende Druckqualität zu erreichen.
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Wenn
die Druckfarbe in die Nähe
des Munds gebracht wird und weil ihre Komponenten durch den Raucher
inhaliert werden können,
bestehen außerdem
kritische Bedenken bezüglich
der Unbedenklichkeit und Nichttoxizität der verwendeten Druckfarbe.
Aus diesem Grund und durch den Druck der Gesetzgebung ermutigt,
haben Tabakfirmen der Zusammensetzung dieser Druckfarben steigende
Aufmerksamkeit geschenkt und neigen dazu, die „Standard"-Offset-/Druckfarben für den Buchdruck
durch Druckfarben zu ersetzen, die den anspruchsvollen toxikologischen
Normen der Tabakindustrie entsprechen.
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Typischerweise
sind viskose Druckfarben auf Ölbasis
zum Bedrucken von Zigaretten verwendet worden. In
WO 99/51439 ist ein verbessertes
Verfahren zum Bedrucken von Zigaretten vorgeschlagen worden, das
ein Flexodruckverfahren involviert. Jedoch tritt bei diesem Verfahren
das Problem auf, dass die Geschwindigkeit des Verfahrens nicht so
hoch ist, wie sie gewöhnlich
beim Buchdruckverfahren angewendet wird.
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Die
aus dem Stand der Technik für
das Bedrucken von Zigaretten bekannten Druckfarben umfassen mehrere
Bestandteile, die nicht mehr tolerierbar sind, insbesondere angesichts
der ständig
strenger werdenden Vorschriften, die in mehreren Ländern, wie
beispielsweise Deutschland, auferlegt worden sind.
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Es
war daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Druckfarbe
für das
Bedrucken von Zigaretten durch ein Buchdruckverfahren bereitzustellen,
die ausschließlich
nur Bestandteile umfasst, die den Erfordernissen, die durch die
jeweiligen Vorschriften der Länder,
z. B. der deutschen Tabakverordnung, auferlegt worden sind, gerecht
werden, jedoch immer noch eine gute Druckqualität bietet.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Druckfarbe und ein darin enthaltendes Bindemittelsystem,
wie in den Ansprüchen
angegeben, erfüllt.
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Insbesondere
bietet die vorliegende Erfindung ein Bindemittel für Druckfarben
für den
Buchdruck, umfassend ein Harz, das ein modifiziertes Kondensationsprodukt
von Phenol und Formaldehyd ist, wobei das modifizierte Kondensationsprodukt
ein Molekulargewicht im Bereich von 300 bis 10 Millionen aufweist,
wobei mehr als 24% des Produkts ein Molekulargewicht von über 1 Million
und einen Schmelzpunkt von mindestens 130°C aufweisen, und ein absolut
aromatenfreies Lösungsmittel.
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Erfindungsgemäß sind die
angegebenen Bereiche und Verhältnisse
so zu verstehen, dass sie auch die angegebenen Grenzwerte umfassen.
Beispielsweise umfasst ein Verhältnis
von 2:1 auch 1:1 und 2:1.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft des Weiteren eine Druckfarbe für den Buchdruck,
umfassend das obige Bindemittel, mindestens einen Farbstoff und
wahlweise Additive, wobei die Farbstoffe und Additive im Wesentlichen
nicht toxisch und vorzugsweise von Lebensmittelqualität sind.
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Die
Hauptkomponente der erfindungsgemäßen Druckfarbe ist das Bindemittel.
Es hat sich überraschenderweise
erwiesen, dass durch Anwenden der spezifischen Kombination von Harz
und Lösungsmittelsystem,
wie oben definiert, sowohl die Erfordernisse der Vorschriften, die
auf die Druckfarben für
das direkte Bedrucken von Zigaretten auferlegt worden sind, als
auch die erforderliche gute Druckqualität erfüllt werden können. Insbesondere
kann eine gute und gleichmäßige Druckfarbenübertragung
ohne Ansammlung innerhalb der Druckfarbenauftragseinheit ohne Auftreten
von Nebel- oder Spritzerbildung bei hoher Geschwindigkeit erreicht
werden. Das Drucken kann bei hoher Geschwindigkeit ohne Verlust
an Druckqualität
durchgeführt werden.
Die Druckfarbe besitzt eine gute Stabilität und bindet sich schnell auf
dem Zigarettenpapier ab. Außerdem
besitzt die Druckfarbe keinen unangenehmen Geruch, der natürlich auf
dem Gebiet des Bedruckens von Zigaretten nachteilig wäre.
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Andererseits
entsprechen alle Komponenten des vorliegenden Bindemittels den Erfordernissen
der gegenwärtigen
Gesetzgebung, die auf Bestandteile für Zigaretten auferlegt worden
sind. Diese Erfordernisse sind beispielsweise in der deutschen Tabakverordnung
definiert.
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Das
erfindungsgemäße Bindemittel
umfasst ein Harz, das ein modifiziertes Kondensationsprodukt von Phenol
und Formaldehyd ist.
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Das
modifizierte Kondensationsprodukt besitzt ein Molekulargewicht im
Bereich von 300 bis 10 Millionen, wobei mehr als 24% des Produkts
ein Molekulargewicht von über
1 Million aufweisen. Einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung gemäß liegt
des Weiteren das Molekulargewicht von 11% des Kondensationsprodukts
unterhalb 1000, von 55% des Kondensationsprodukts zwischen 1000
und 100 000 und von 10% des Kondensationsprodukts zwischen 100 000
und 1 Million. Erfindungsgemäß werden
die Molekulargewichte durch Standard-GPC bestimmt.
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Das
modifizierte Kondensationsprodukt weist des Weiteren einen Schmelzpunkt
von mindestens 130°C,
bevorzugt zwischen 130 und 190°C
und am meisten bevorzugt zwischen 150°C und 180°C auf.
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Erfindungsgemäß ist die
Harzkomponente bevorzugt ein Phenol-Formaldehyd-modifiziertes Rosin-(Kolophonium-)Harz.
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Die
andere wichtige Komponente des erfindungsgemäßen Bindemittels ist das Lösungsmittel.
Erfindungsgemäß können ein
oder mehrere Lösungsmittel
verwendet werden. Eine Mischung von zwei Lösungsmitteln wird vorgezogen.
Das Lösungsmittel
muss derart ausgewählt
werden, dass die richtige Rheologie und Trocknung der Druckfarbe
für den
Buchdruck erhalten wird.
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Um
die Aufgaben der vorliegenden Erfindung zu erfüllen, muss ein Lösungsmittelsystem,
das von aromatischen Substanzen absolut frei ist, verwendet werden,
d. h. ein Lösungsmittelsystem,
das keine Komponenten enthält,
die aromatische Anteile wie Benzol oder Naphthenanteile aufweisen.
Es versteht sich von selbst, dass die Lösungsmittel ebenfalls die Erfordernisse
der Vorschriften bezüglich
der Nichttoxizität
erfüllen müssen. Diese
Lösungsmittel
werden bevorzugt aus der Reihe reinster Minerallösungsmittel ausgewählt. Erfindungsgemäß sind Mineralöle, die
die Anforderungen der US Federal Drug Administration (FDA), 21 CFR 178.3620(a)
erfüllen,
besonders bevorzugt. Besonders bevorzugt ist Weißöl der Qualität, die von
FDA 21 CFR 178.3620(a) gefordert wird. Diese Öle sind im Handel erhältlich,
beispielsweise sind die CLARION®-Weißöle von Nahrungsmittelqualität von CITGO
Petroleum Corporation (USA) oder das Ondina-Ölsortiment
von Shell erhältlich.
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Erfindungsgemäß wird es
besonders vorgezogen, das obige Lösungsmittel in Kombination
mit einem natürlichen
Pflanzenöl
wie Sojabohnenöl,
Leinsamenöl
oder Tungöl
zu verwenden. Es wird vorgezogen, eine Mischung von Mineralöl und Pflanzenöl in einem
Verhältnis
von 1:1 bis 5:1, besonders bevorzugt in einem Verhältnis von
1: bis 2:1 zu verwenden.
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Erfindungsgemäß wird ein
Verhältnis
von Harzkomponente zu Lösungsmittelsystem
von 1:1 bis 1:2 vorgezogen.
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Das
erfindungsgemäße Bindemittel
kann gemäß Verfahren
hergestellt werden, die dem Fachmann allgemein bekannt sind. Das
Harz und das Lösungsmittel
werden miteinander kombiniert und bei erhöhter Temperatur, bevorzugt
bei über
100°C, noch
bevorzugter über
200°C, 10
Minuten bis 12 h lang, bevorzugt 30 Minuten bis 2 Stunden lang gerührt.
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Es
hat sich überraschenderweise
erwiesen, dass das obige Bindemittel dazu fähig ist, ausreichende Benetzungscharakteristiken
bereitzustellen, die zur Verwendung in einer Druckfarbenzusammensetzung
erforderlich sind, ohne irgendwelchen Zusatz von Hilfslösungsmitteln
oder Weichmachern, die gewöhnlich
hinzugegeben werden, um die Benetzungscharakteristiken zu verbessern.
Diese Hilfslösungsmittel
oder Weichmacher können
in der erfindungsgemäßen Druckfarbe
aufgrund der Einschränkungen
der Vorschriften, die Druckfarben für das direkte Bedrucken von
Zigaretten auferlegt worden sind, nicht verwendet werden.
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Die
erfindungsgemäße Druckfarbe
für den
Buchdruck umfasst das oben definierte Bindemittel, zusätzlich dazu
mindestens einen Farbstoff und wahlweise Additive, wobei die Farbstoffe
und Additive im Wesentlichen nicht toxisch sind. Dies ist für die Anwendung
beim direkten Bedrucken von Zigaretten erforderlich. Bevorzugt sind
die Farbstoffe und Additive von Lebensmittelqualität.
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So
ist die Anzahl von Farbstoffen, die in der erfindungsgemäßen Druckfarbe
verwendet werden können,
beschränkt.
Im Allgemeinen kann irgendein Farbstoff, der in der deutschen Tabakverordnung
als akzeptabler Bestandteil erwähnt
ist, verwendet werden. Beispiele sind Carbo medicinalis vegetabilis
(E 153), Eisenoxid (E 172), Cochenille Rot A (E 124), Gelborange
S (E 110), Amaranth (E 123), Anthrachinon-Blau, Tartracin (E 102),
Indigorot (E 132), Brilliantblau (E 133), Goldbronze, Silberbronze
(E 170) oder Titandioxid (E 171).
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Die
Farbstoffe, die in der erfindungsgemäßen Druckfarbe verwendet werden
können,
besitzen im Allgemeinen nur ein schwaches Färbevermögen. So ist es notwendig, diese
Farbstoffe in einer größeren Menge anzuwenden,
als sie gewöhnlich
in Druckfarben für
den Buchdruck verwendet werden. Erfindungsgemäß sollten mindestens 25 Gew.-%
Farbstoff(e) verwendet werden, um ein gutes Färbevermögen zu erreichen. Es hat sich überraschenderweise
gezeigt, dass durch Verwenden des erfindungsgemäßen Bindemittels selbst so hohe
Mengen an Farbstoff(en) nicht zu Problemen der Druckfarbenübertragung
führen.
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Als
Additive können
allgemein verwendete Additive wie Weichmacher, Wachse, Sikkative
oder Hautbildungsverhinderungsmittel verwendet werden. Es darf jedoch
nicht vergessen werden, dass nur diejenigen Additive in die erfindungsgemäße Druckfarbe
eingearbeitet werden können,
die die Anforderungen der Vorschriften, die für das Bedrucken von Zigaretten
auferlegt worden sind, erfüllen.
Beispielsweise kann Glycerin (E 422) als Weichmacher verwendet werden.
Auch können
gewisse Alkydharze wie Sojaalkydharz oder langkettige Fettsäuren einer
Länge von
mehr als 6 Kohlenstoffatomen oder durch Colophonium hydrierte Harze verwendet
werden.
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Gewöhnlich umfasst
die erfindungsgemäße Druckfarbenrezeptur
zusätzlich
ein Lösungsmittel.
Die im erfindungsgemäßen Bindemittel
verwendeten Lösungsmittel
können
als Lösungsmittel
in Betracht gezogen werden.
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Eine
typische erfindungsgemäße Druckfarbenzusammensetzung
umfasst 25–50
Gew.% Farbstoff, 20–50
Gew.-% Bindemittel, 5–20
Gew.-% Lösungsmittel
(zusätzlich
zu dem im Bindemittel vorliegenden Lösungsmittel) und den Rest der
Additive.
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Die
erfindungsgemäße Druckfarbe
kann gemäß Verfahren
hergestellt werden, die dem Fachmann allgemein bekannt sind. So
wird zuerst der Farbstoff gründlich
mit den anderen Bestandteilen zusammengemischt. Daraufhin wird Mahlen
beispielsweise auf einer dreifachen Walzenmahlmaschine durchgeführt, bis eine
erwünschte
Teilchengröße erhalten
worden ist. Erfindungsgemäß wird eine
Teilchengröße von weniger als
12 μm vorgezogen.
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Das
erfindungsgemäße Bindemittel
und die erfindungsgemäße Druckfarbe
für den
Buchdruck können im
Allgemeinen bei irgendeiner Anwendung eingesetzt werden, wo der
Buchdruck ausgeführt
wird. Jedoch sind das erfindungsgemäße Bindemittel und die erfindungsgemäße Druckfarbe
spezifisch für
das direkte Bedrucken von Zigaretten konzipiert und entsprechen
so den Erfordernissen der Vorschriften für diese Anwendung. Außerdem bietet
die erfindungsgemäße Druckfarbe
in einem direkten Druckvorgang eine gute und gleichmäßige Übertragung
der Druckfarbe auf die kleinen Walzen. Es erfolgt keine Ansammlung.
Es erfolgt keine Nebelbildung selbst bei hoher Geschwindigkeit.
Selbst wenn der Druckvorgang unterbrochen oder abgebrochen wird,
weist die Druckfarbe eine gute Stabilität auf und wird während Pausen
nicht trocken oder klebrig. Die erfindungsgemäße Druckfarbe gestattet eine
sofortige Farbdichte und weist ein schnelles Abbinden auf dem Papier
auf. Es erfolgt kein Ansammeln der Druckfarbe während der Zigarettenbildung.
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Mit
der erfindungsgemäßen Druckfarbe
können
scharfe und saubere Druckbilder auf Zigaretten erhalten werden,
die von Schmierbildungen frei sind. Außerdem wird kein schlechter
Geruch durch die Druckfarben erzeugt, der den Geschmack der Zigaretten
negativ beeinflussen könnte.
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Die
vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf nicht einschränkende Beispiele
und Zeichnungen noch in weiteren Einzelheiten veranschaulicht.
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1 zeigt
ein Beispiel einer Druckmaschine, die für das direkte Bedrucken von
Zigaretten eingesetzt werden kann.
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Wenn
nicht anders angegeben sind alle Prozentsätze Gewichtsprozentsätze.
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BEISPIEL
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Ein
Bindemittel (oder Matritzendrucklack) wurde unter Anwendung der
folgenden Komponenten hergestellt:
| mit
Kolophoniumharz | |
| modifiziertes
Phenolformaldehyd | 40
Gew.-% |
| natürliches
Pflanzenöl | 20
Gew.-% |
| Weißöl (Qualität FDA 178.3620(a)
entsprechend) | 40
Gew.-% |
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Das
Harz und die beiden Öle
wurden eine Stunde lang bei 210°C
gerührt.
Der so gebildete Lack wurde zum Herstellen der Druckfarbe für den Buchdruck
verwendet. Die Druckfarbe für
den Buchdruck bestand aus den folgenden Komponenten:
| Matritzendrucklack
(siehe oben) | 35
Gew.-% |
| Farbstoff
(Nahrungsmittelqualität) | 35
Gew.-% |
| Sojaalkydharz | 20
Gew.-% |
| Weißöl (Qualität FDA 178.3620(a)entsprechend) | 10
Gew.-% |
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Der
Farbstoff wurde gründlich
mit den anderen Komponenten gemischt. Daraufhin wurde Mahlen mit Hilfe
einer dreifachen Walzenmaschine durchgeführt, bis eine Teilchengröße von weniger
als 12 μm
erreicht wurde.
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Das
Zigarettenpapier wurde durch ein Stempelverfahren bedruckt. Bei
diesem Verfahren wurde kein Wasser verwendet. Die eingesetzte Maschine
ist in 1 veranschaulicht. Es ist eine Hauni Protos VE80.
Die Druckfarbe wurde in eine Metallspritze eingegeben. Die Spritze
wurde in ihre Haltevorrichtung (1) eingegeben. Die Spritze
wurde an eine Düse
(2) angeschlossen. Diese Düse tropft die Druckfarbe auf
eine Gummiwalze (3). Von dieser Gummiwalze (3)
wurde die Druckfarbe über
eine große
Metall-(Kupfer-)Walze (4) auf eine zweite Gummiwalze (5) übertragen.
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Die
zweite Gummiwalze übertrug
die Druckfarbe auf eine Metallwalze (6). Diese Walze bestand
aus einer Metallwalze, die mit Metallstempeln ausgestattet war,
die erhöht
sind. Auf diesen Stempeln befand sich das zu druckende Bild. Von
diesen Stempeln wurde die Druckfarbe auf das Papier übertragen.
Ein Pinsel (7) wurde neben der zweiten Gummiwalze positioniert
und wischte die Stempel nach dem Drucken, jedoch vor dem Setzen
der Druckfarbe, sauber. Er befand sich hauptsächlich deshalb dort, um Staub
und andere Teilchen daran zu hindern, sich auf den Stempeln abzusetzen,
oder überschüssige Druckfarbe
zu entfernen. Eine Metallplatte (8) wurde zwischen die
Presse und das Papier positioniert, wobei ein Spalt für das Drucken
freigelassen wurde, um das Papier (P) gegen Spritzer oder Tropfen
von der Presse zu schützen.
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Die
Druckfarbenverteilung wurde durch die Anzahl von Drehungen pro Druckfarbeninjektion
reguliert. Wurde mehr Druckfarbe benötigt, um ein gutes Bild zu
erreichen, so wurde die Anzahl von Umdrehungen reduziert. Bei dem
Beispiel wurde eine Druckgeschwindigkeit von etwa 8000 Zigaretten
pro Minute angewendet. Die Druckmaschine wurde nicht erhitzt oder
gekühlt.
Ein Lauf begann bei Raumtemperatur, in Laufe der Zeit können sich
die Walzen jedoch bis auf 40°C
erwärmen.
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Die
Druckbilder auf den Zigaretten, die unter diesen Bedingungen erhalten
wurden, waren von hoher Qualität
und wiesen die oben für
die erfindungsgemäßen Druckfarben
erwähnten
charakteristischen Eigenschaften auf.