EP0822902B1

EP0822902B1 - Verfahren und vorrichtung zum härten von uv-druckfarben

Info

Publication number: EP0822902B1
Application number: EP96914049A
Authority: EP
Inventors: Peter Schmitt
Original assignee: Metronic Geratebau GmbH and Co
Current assignee: Metronic Geratebau GmbH and Co
Priority date: 1995-04-27
Filing date: 1996-04-25
Publication date: 2000-01-26
Anticipated expiration: 2016-04-25
Also published as: JPH11509788A; WO1996033872A1; EP0822902A1; US20010009701A1; US6280801B1; DE59604303D1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Härten einer UV-härtenden Druckfarbe auf einem Bedruckstoff, bei dem die Druckfarbe mit UV-Licht einer UV-Strahlungsquelle bestrahlt wird. Ferner richtet sie sich auf eine entsprechende Vorrichtung zum Bestrahlen der Druckfarbe mit UV-Licht.

UV-härtende Druckfarben sind lösemittelarme oder lösemittelfreie, strahlenhärtende Druckfarben und haben in jüngerer Zeit zunehmend an Bedeutung gewonnen. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Energie der UV-Strahlung hoch ist und daher bei Druckverfahren zum Bedrucken von Bedruckstoffen mit hoher Druckgeschwindigkeit, insbesondere im Flach- oder Hochdruck, von Vorteil ist. Auch in der praktischen Anwendung, beispielsweise in bezug auf die Topfzeit, die Lösemittelbelastung der Umwelt und die Entsorgung weisen sie gegenüber lösemittelhaltigen Farben anwendungstechnische Vorteile auf.

UV-härtende Druckfarben weisen ein UV-härtbares Bindemittelsystem aus einem polymerisierenden Bindemittel oder Bindemittelgemisch und einem oder mehreren zugehörigen Photoinitiatoren auf. Durch UV-Bestrahlung kann die Polymerisation bzw. Vernetzung ausgelöst werden, wodurch die Farbe härtet. Man unterscheidet zwischen der radikalischen und der kationischen Polymerisation. Bekannte radikalisch polymerisierende Bindemittel bestehen auf Basis von Acrylaten, wogegen sich die kationisch polymerisierenden durch eine bei der UV-Bestrahlung freigesetzte Säure auszeichnen. Die Erfindung richtet sich unabhängig von dem speziellen Bindemittelsystem allgemein auf die Härtung UV-härtbarer Druckfarben.

Bekannte Anwendungen UV-härtender Druckfarben sind beispielsweise folgende: Bogen-Offsetdruck (z.B. Verpackungen), Endlos-Offsetdruck (z.B. Postwurf-Sendungen), Trocken-Offset (indirekter Hochdruck, z.B. Becher und Tuben), Etiketten-Druck (Buch- und Flexodruck), Flexodruck (z.B. Verpackungsfolien) und Siebdruck (z.B. technische Teile). Der Vorteil der UV-Härtung, die oft auch als UV-Trocknung bezeichnet wird, liegt darin, daß die lösemittelfreien bzw. lösemittelarmen Druckfarben durch UV-Strahlung auf dem Bedruckstoff schnell trocknen, so daß dieser sofort weiterverarbeitet oder verpackt werden kann. Die Erfindung richtet sich auf das Härten der verdruckten Druckfarbe und ist somit unabhängig von einem speziellen Druckverfahren, mit dem die Druckfarbe auf den Bedruckstoff aufgebracht wird.

Bei der industriellen Strahlungshärtung von Druckfarben werden erhebliche technische Anforderungen gestellt. Um die Forderung nach immer höheren Produktionsgeschwindigkeiten von 100 bis 400 m/min und mehr zu erfüllen, werden im Stand der Technik bisher sehr hohe Ausgangsleistungen der eingesetzten UV-Strahlungsquellen gefordert. Beim Mehrfarbendruck kommt hinzu, daß die Abstände der Druckwerke untereinander kurz sein müssen, um mit vertretbarem technischen Aufwand die genaue Passung der nacheinander gedruckten Farben zu gewährleisten. Aus diesen Maximalabständen in Verbindung mit der hohen Druckgeschwindigkeit resultieren außerordentlich kurze Zeiten, innerhalb deren die Farbe soweit gehärtet sein muß, daß sie bei der weiteren Handhabung nicht verschmieren kann. Gebräuchliche Abstände zwischen den Druckwerken betragen ca. 0,3 m bis 1,0 m, was einer Produktionslaufzeit von Druckstation zu Druckstation von ca. 0,1 sec entspricht.

Wenn man sich diese hohen Anforderungen vor Augen führt, wird deutlich, daß der UV-Intensität der verwendeten Strahlungsquellen große Bedeutung zukommt. Um diese zu erzielen, wurden bisher in der Praxis als UV-Strahlungsquelle bei den eingangs genannten Verfahren in industriellen Anwendungen nahezu ausschließlich Quecksilberdampf-Hochdruck- und Mitteldruckstrahler eingesetzt, weil diese eine besonders hohe UV-Intensität ermöglichen. Beispiele hierfür sind die DE-3902643 C2 und DE 4301718 A1 .

Die Bogenlänge der konventionell eingesetzten Strahler variiert zwischen 10 cm und 220 cm und die spezifischen elektrischen Leistungen liegen im Bereich von 30 bis 250 Watt pro Zentimeter Bogenlänge. Die UV-Lichtleistung beträgt etwa 20 Watt pro Zentimeter Bogenlänge. Das Leuchtrohrmaterial besteht wegen des Erfordernisses der UV-Lichtdurchlässigkeit aus Quarz und die Lampen werden mit einem Gasdruck von 1 bis 2 atm betrieben. In besonderen Anwendungsfällen werden auch Laser, insbesondere Excimer-Laser zur Erzeugung der UV-Strahlung eingesetzt.

Die vorgenannten, konventionell verwendeten UV-Strahlungsquellen haben den Vorteil, daß mit ihnen eine sehr hohe flächenbezogene UV-Intensität auf dem Bedruckstoff erzeugt werden kann und somit sehr kurze Härtungszeiten realisierbar sind, die im Bereich von Zehntelsekunden liegen können. Nachteilig bei Excimer-Lasern ist der hohe technische Aufwand. Die Mitteldruck- und Hochdruck-Gasentladungslampen sind aus diesem Grund mehr verbreitet. Sie haben jedoch den Nachteil, daß ihr Wirkungsgrad für die Emission von UV-Licht in dem relevanten Spektralbereich nur etwa 20 % beträgt, so daß 80 % der zugeführten Energie als Verlustleistung anfällt und durch Kühlen abgeführt werden muß.

Aufgrund der hohen Leistungsaufnahme und der hohen Verlustleistung der Lampen liegt ihre Oberflächentemperatur im Bereich von 800 bis 900 °C, was besondere technische Maßnahmen zur Kühlung der Umgebung erfordert. Da die Lampen nach dem Abschalten nicht sofort wieder gestartet werden können, sind auch Vorkehrungen dafür zu treffen, daß bei Stillstand der Druckmaschine der Bedruckstoff bzw. die auf den Bedruckstoff aufgebrachte Druckfarbe nicht verbrennen kann. Aus diesem Grund sind ferner Wärmeschutzgläser, auch in gekühlter Form, sowie schwenkbare Reflektoren vorgesehen. Bei einer Druckmaschine nach dem Stand der Technik, die eine Gesamtleistungsaufnahme von 100 kW hat, beträgt der Anteil der Trocknereinheit mehr als 50 kW, typischerweise 80 kW.

Die konventionelle Verwendung von Mitteldruck- und Hochdrucklampen ist somit technisch sehr aufwendig und bedingt einen hohen Energieverbrauch. Die damit verbundenen Nachteile werden in der strahlenhärtenden Drucktechnik jedoch in Kauf genommen, da man bisher davon ausgegangen ist, daß für die Realisierung kurzer Härtungszeiten sehr intensive UV-Strahler mit einer hohen UV-Strahlungsleistung erforderlich sind.

In der Literaturstelle Industrie-Lackier-Betrieb, 1969, Seite 85-91 wurde für die Härtung UV-härtbarer Lackfilme zur Verminderung der thermischen Belastung die Verwendung sogenannter aktinischer bzw. superaktinischer Leuchtstofflampen vorgeschlagen. Dies sind spezielle Niederdrucklampen, bei denen eine Leuchtstoffbeschichtung das Intensitätsmaximum in Richtung von Rot verschiebt, um dadurch ein Spektrum zu erhalten, daß hohe Anteile im UV-A-Bereich enthält. Der hohe UV-A-Anteil wurde von der Fachwelt für erforderlich gehalten, um eine rasche Reaktion zu gewährleisten. Die gleiche Auffassung wird in der Fachwelt hinsichtlich der Härtung pigmentierter Systeme, wie Druckfarben vertreten.

So wurde in der JP 59189340 A2 (Derwent-Referat Nr. 84-303796/49) eine als Druckfarbe verwendbare Verbindung vorgeschlagen, die mit einer Vielzahl verschiedener UV-Strahlungsquellen, darunter auch Hochdruck-, Mitteldruck- und Niederdruck-Quecksilberlampen, härtbar ist. Aus den in dieser Druckschrift beschriebenen Anwendungsmöglichkeiten geht hervor, daß die Lampen überwiegend im UV-A-oder sichtbaren Spektralbereich emittieren und zudem mit schnellen industriellen Produktionsprozessen nicht vergleichbare lange Bestrahlungszeiten erforderlich sind.

Der Erfindung liegt unter Berücksichtigung dieses Standes der Technik die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum Härten einer UV-härtenden Druckfarbe auf einem Bedruckstoff zu schaffen, welche die mit der hohen Wärmeentwicklung verbundenen Nachteile gebräuchlicher UV-Gasentladungslampen vermeidet.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden Verfahren und Vorrichtungen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen vorgeschlagen.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde überraschenderweise festgestellt, daß die außerordentlich schwierigen Anforderungen bei der Strahlungshärtung von Druckfarben mit einer Niederdruck-Gasentladungslampe gelöst werden können, ohne daß deren Wellenlängenspektrum - wie bisher für erforderlich gehalten - zu längeren Wellenlängen bzw. in einem hohen Ausmaß zu längeren Wellenlängen verschoben wird.

Die Grenzen des UV-Spektrums sowie seine Einteilung in verschiedene Bereiche sind in der Literatur nicht einheitlich. Im Rahmen der Erfindung wird das UV-Spektrum nach DIN 5031, Teil 7, eingeteilt. Es umfaßt den Bereich von 100 bis 380 nm, wobei der UV-C-Bereich von 100 bis 280 nm, der UV-B-Bereich von 280 bis 315 nm und der UV-A-Bereich von 315 bis 380 nm reicht. Unter spektralem Strahlungsfluß wird die Strahlungsleistung in Watt pro nm als Funktion der Wellenlänge verstanden. Der Strahlungsfluß ist ein Maß für die Intensität der Strahlung. Durch Integration bzw. Summation des spektralen Strahlungsflusses über ein Wellenlängenintervall erhält man den in diesem Wellenlängenintervall abgestrahlten Strahlungsfluß.

Erfindungsgemäße Niederdruck-Gasentladungslampen sind Lampen, die in der Regel mit einem Gasdruck zwischen 10 mbar und 50 mbar, bevorzugt zwischen 20 mbar und 30 mbar betrieben werden. Ihre spezifische elektrische Leistungsaufnahme ist erheblich niedriger als bei Mitteldruck- und Hochdrucklampen und liegt im Bereich zwischen 0,2 und 2,5, bevorzugt zwischen 0,5 und 1,0 Watt pro Zentimeter ihrer Bogenlänge. Obwohl die Niederdruck-Gasentladungslampen einen Wirkungsgrad für den relevanten UV-Bereich aufweisen, der höher als bei den gebräuchlichen Lampen ist und zwischen 30 und 40 % liegt, ist der insgesamt erzielte UV-Strahlungsfluß erheblich geringer als bei konventionell verwendeten Lampen. Er beträgt ca. 0,2 Watt pro Zentimeter Bogenlänge und ist somit etwa einen Faktor 100 kleiner als bei zuvor üblichen Mittel- und Hochdrucklampen.

Überraschenderweise hat sich herausgestellt, daß auch mit Niederdruck-Gasentladungslampen UV-härtende Druckfarben in befriedigender Weise gehärtet werden können, und zwar auch dann, wenn die Druckfarbe mit einer UV-Beleuchtungsstärke zwischen 1 und 100 mW/cm², bevorzugt zwischen 10 und 50 mW/cm², bestrahlt wird. Bei Mittel- und Hochdrucklampen beträgt die UV-Bestrahlungsstärke des Bedruckstoffs etwa 1 W/cm². Die auf den Bedruckstoff bezogene Bestrahlungsstärke gibt an, welcher Strahlungsfluß auf ein, gegebenenfalls um einen Winkel gegen die Strahlungsrichtung geneigtes, Flächenelement des Bedruckstoffs auftrifft. Die Bestrahlungsstärke hat die Einheit W/cm².

Die erfindungsgemäße Verwendung von Niederdruck-Gasentladungslampen hat verschiedene für die praktische Anwendung bedeutsame Vorteile. Ihre Oberflächentemperatur ist erheblich niedriger. Bei Quecksilberdampflampen liegt sie beim normalen und optimalen Betrieb bei etwa 30 °C. Bei Amalgamstrahlern, die gegenüber Quecksilberdampflampen den Vorteil einer etwas höheren UV-Lichtausbeute aufweisen, liegt die Temperatur im Normalbetrieb bei ca. 120 °C. Diese niedrigere Oberflächentemperatur in Verbindung mit der geringeren Leistungsaufnahme führt zu einer beträchtlich reduzierten Temperaturbelastung der Umgebung der Lampe und des Bedruckstoffs.

Aber auch die reduzierte Erwärmung des Gegendruckzylinders ist technisch vorteilhaft, insbesondere bei Mehrfarbdruckwerken. Bisher war ein sehr hoher technischer Aufwand erforderlich, um den Gegendruckzylinder auf eine konstante Temperatur zu temperieren, da dies wegen der thermischen Ausdehnung für die Qualität und die Durchführbarkeit des Druckvorgangs von entscheidender Bedeutung ist. Aufgrund der verringerten Temperaturbelastung ist es auch möglich, bisher nicht bedruckbare Bedruckstoffe mit UV-härtenden Druckfarben zu bedrucken, beispielsweise temperaturempfindliche Kunststoffolien (z.B. Schrumpffolien).

Aufgrund des vergleichsweise geringen Energiebedarfs von Niederdruck-Gasentladungslampen und des geringen apparativen Aufwandes, der zur Kühlung erforderlich ist, kann der Anteil der Trocknereinheit an der Gesamtleistungsaufnahme von 100 kW einer Druckmaschine auf etwa 10 bis 15 kW oder weniger reduziert werden. Die Leistungsaufnahme einer Mitteldruck-Gasentladungslampe mit dem dazugehörigen Kühlgebläse beträgt typischerweise ca. 3,5 kW. Die Leistungsaufnahme von 10 erfindungsgemäßen Niederdruck-Gasentladungslampen mit dem dazugehörigen Lüfter liegt dagegen bei nur ca. 400 W.

Außer der reduzierten Temperaturbelastung und Verbrennungsgefahr sowie der verminderten Verlustleistung bestehen weitere Vorteile der Niederdruck-Gasentladungslampen in einer kürzeren Austauschzeit, da die Lampen nach einem Defekt kaum Zeit zum Erkalten benötigen und daher schneller gewechselt werden können. Niederdruck-Gasentladungslampen haben zudem gegenüber gebräuchlichen Lampen den Vorteil, daß sie nur eine kurze oder gar keine Einlaufzeit bis zum Erreichen stabiler Betriebsbedingungen benötigen, nach dem Abschalten sofort wiederstartbar sind, und daß die Intensität der Lampe regelbar ist. Zudem besteht nicht wie bei Mitteldrucklampen die Gefahr des Einbrennens von Farbtröpfchen oder Verschmutzungsteilchen auf dem Kolben, die zur Zerstörung der Lampe führen können. Die Lebensdauer von Niederdruck-Gasentladungslampen ist mit etwa 8000 Stunden mindestens vier mal so groß wie die von Mitteldrucklampen.

Auch die mit dem Betrieb von Niederdruck-Gasentladungslampen verbundene Erzeugung von Ozon ist im Vergleich zu Mitteldrucklampen erheblich reduziert. Dies ist darauf zurückzuführen, daß Niederdruck-Gasentladungslampen bei der kritischen Wellenlänge von 185 nm, bei deren Einwirken auf Luftsauerstoff Ozon entsteht, nicht oder nur sehr gering emittieren. Mitteldrucklampen dagegen führen zu einer beträchtlichen Ozonbelastung.

Die Erfindung kann sich daher, im Gegensatz zu dem Dokument US 3,840,448, zu nutze machen, daß sie bei Anwesenheit von Luftsanerstoff anwendbar ist.

Insgesamt gesehen werden mit der Erfindung somit Ziele erreicht, um die sich die Fachwelt schon lange bemüht hat. Um dabei besonders gute Ergebnisse hinsichtlich Qualität und Geschwindigkeit der Anordnung, sowie hinsichtlich der konstruktiven Erfordernisse der Druckmaschine zu gewährleisten, werden bevorzugt die nachfolgenden Maßnahmen einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt.

Es kann vorteilhaft sein, wenn der über den UV-B-Bereich integrierte spektrale Strahlungsfluß mehr als 50 %, bevorzugt mehr als 75 % des UV-Strahlungsflusses beträgt. In diesem Fall wird man die Lampe als UV-B-Strahler bezeichnen. Es kann ferner vorteilhaft sein, wenn der über den UV-C-Bereich integrierte spektrale Strahlungsfluß mehr als 50 %, bevorzugt mehr als 75 % des UV-Strahlungsflusses beträgt. In diesem Fall wird man die Lampe als UV-C-Strahler bezeichnen.

Im Rahmen der Erfindung haben sich sowohl UV-C- als auch UV-B-Niederdruck-Gasentladungslampen als vorteilhaft für den Härtungsprozeß herausgestellt. Bei einer UV-C-Niederdruck-Gasentladungslampe kann der über den UV-C-Bereich integrierte spektrale Strahlungsfluß mehr als 50 %, bevorzugt mehr als 75 % des UV-Strahlungsflusses betragen. Bei einer UV-B-Niederdruck-Gasentladungslampe kann entsprechend der über den UV-B-Bereich integrierte spektrale Strahlungsfluß mehr als 50 %, bevorzugt mehr als 75 % des UV-Strahlungsflusses betragen.

Das Maximum der spektralen Strahlungsflußverteilung, insbesondere des UV-Strahlungsflusses, der Niederdruck-Gasentladungslampe kann vorteilhafterweise im UV-B- oder UV-C-Bereich liegen. Bei einem Linienspektrum bezieht sich dies auf die Wellenlänge mit der höchsten UV-Intensität. Bei einem kontinuierlichen Spektrum bezieht sich diese Angabe auf das Maximum der spektralen Strahlungsflußverteilung. Sofern das UV-Spektrum sowohl Linien als auch Kontinua aufweist, bezieht sich dieses Merkmal auf das Maximum hinsichtlich der Linien und kontinuierlichen Emissionsbereiche.

Nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal wird vorgeschlagen, daß eine Niederdruck-Gasentladungslampe verwendet wird, deren oberhalb einer Wellenlänge von 190 nm, insbesondere oberhalb von 240 nm integrierter spektraler UV-Strahlungsfluß mehr als 50 %, bevorzugt mehr als 75 % ihres UV-Strahlungsflusses, insbesondere ihres UV-C-Strahlungsflusses, beträgt. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn der oberhalb einer Wellenlänge von 190 nm, insbesondere oberhalb von 240 nm integrierte spektrale UV-C-Strahlungsfluß mehr als 50 %, bevorzugt mehr als 75 % des UV-Strahlungsflusses beträgt.

Besonders bevorzugt ist es, wenn die Niederdruck-Gasentladungslampe mehr als 50 %, bevorzugt mehr als 75 % des Strahlungsflusses ihres UV-Lichtes im UV-C-Bereich oberhalb einer Wellenlänge von 240 nm emittiert. Sie unterscheidet sich damit erheblich von den Mitteldrucklampen, bei denen der Hauptanteil des emittierten UV-Spektrums im UV-B- oder UV-A-Bereich liegt. Da nicht nur die Gesamtintensität, sondern auch die Verteilung der einzelnen Linien von Bedeutung sein kann, ist es vorteilhaft, wenn die vorgenannten Bedingungen auf die Wellenlängen zutreffen, die eine Intensität von mehr als 20 % der UV-Wellenlänge mit der höchsten Intensität haben. Das Intensitätsmaximum von UV-C-Niederdruck-Gasentladungslampen liegt normalerweise im Wellenlängenbereich zwischen 249 und 259 nm, insbesondere bei 254 nm.

Die ebenfalls vorteilhaften UV-B-Niederdruck-Gasentladungslampen werden auch als UV-B-Leuchtstofflampen bezeichnet. Sie weisen einen Phosphorbeschichtung auf, durch die das Maximum des Strahlungsflusses in den UV-B-Bereich verschoben wird. Es liegt vorteilhafterweise oberhalb von 305 nm. Die jeweilige Lage des Intensitätsmaximums und der emittierten Linien sowie insbesondere deren Linienbreite kann durch den Phosphor bzw. die Phosphormischung beeinflußt werden. Die mögliche Bandbreite reicht dabei von sehr schmalbandiger, fast monochromatischer UV-B-Strahlung bis zu einer fast den ganzen UV-B-Bereich abdeckenden Emission. Vorteilhafterweise emittieren UV-B-Niederdruck-Gasentladungslampen mehr als 50 %, bevorzugt mehr als 75 % ihres UV-Lichtes im UV-B-Bereich.

Im allgemeinen sind im Rahmen der Erfindung Niederdruck-Gasentladungslampen bevorzugt, deren Emissionsspektrum nicht durch Zusatz von Leuchtstoffen in Richtung auf längere Wellenlängen verschoben wird. Dies bedeutet, daß weder eine aktinische noch eine superaktinische Gasentladungslampe zum Einsatz kommt. Die UV-B-Lampen sind zwar nicht ganz so vorteilhaft, wie UV-C-Strahler, da ihre Lichtausbeute, bedingt durch den Lichtumwandlungsschritt, geringer ist und die Druckfarbe in dem von ihnen emittierten Spektralbereich möglicherweise weniger reaktiv als im UV-C-Bereich ist; sie stellen jedoch gegenüber den vorbekannten Mitteldruck- und Hochdruckstrahlern ebenfalls eine wirtschaftlich interessante Verbesserung dar.

Nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal kann vorgesehen sein, daß mehrere Niederdruck-Gasentladungslampen mit sich unterscheidenden Emissionsspektren verwendet werden, insbesondere eine Kombination einer UV-C- mit einer UV-B-Niederdruck-Gasentladungslampe.

Die gegebenenfalls vorteilhafte Verwendung von Niederdruck-Gasentladungslampen mit sich unterscheidenden Emissionsspektren zur Erzeugung von Mischlicht kann sowohl durch die Verwendung unterschiedlicher Lampen als auch durch die Verwendung von Lampen, die nur bereichsweise mit Leuchtstoff beschichtet sind, realisiert werden. Das Verhältnis des integrierten UV-B- zu dem integrierten UV-C-Strahlungsfluß kann zwischen 0:1 und 1:0 liegen, wobei aus den vorstehend genannten Gründen in der Regel ein höherer UV-C-Anteil bevorzugt sein wird.

Konventionelle UV-härtende Druckfarben sind in ihrem Bindemittelsystem auf die jeweilige Strahlung der UV-Strahlungsquelle abgestimmt. Man sollte daher erwarten, daß konventionelle Druckfarben nicht im Rahmen der Erfindung geeignet sind und spezielle Bindemittelsysteme oder insbesondere spezielle Photoinitiatoren erforderlich sind, die auf das UV-Spektrum der erfindungsgemäß verwendeten Niederdruck-Gasentladungslampen abgestimmt sind.

Zweifellos trifft es zu, daß es für den Fachmann möglich ist, optimierte und speziell auf Niederdruck-Gasentladungslampen abgestimmte Druckfarbenzusammensetzungen und Photoinitiatoren zu entwickeln. Überraschenderweise hat sich im Rahmen der Erfindung jedoch herausgestellt, daß auch mit konventionellen Druckfarben gute Härtungsergebnisse erzielt werden können. Dies gilt beispielsweise für die UV-Flex Farben der XKC-Serie der Gebrüder Schmidt Druckfarben, Frankfurt, insbesondere des Typs 80 XKC 1004-1.

Für das erfindungsgemäße Verfahren ist beispielsweise eine Druckfarbe geeignet, die ein Bindemittelsystem mit folgenden Komponenten enthält: a) Ein oder mehrere cycloaliphatische Epoxidharze als härtbares Bindemittel und b) ein oder mehrere Arylsulfoniumsalze als Photoinitiatoren. Ein cycloaliphatisches Epoxidharz ist ein kationisch härtbares Bindemittel. Selbstverständlich kann die Farbe noch weitere übliche Bestandteile wie weitere Photoinitiatoren, Lösemittel, Pigmente, Farbstoffe, Verdünnungsmittel, Reaktivverdünner, Wachse, Verlaufsmittel, Netzmittel oder andere Zusatzstoffe enthalten.

Nach einem weiteren vorteilhaften Merkmale wird vorgeschlagen, daß die Komponente b) ein Triarylsulfoniumsalz enthält. Dabei ist es bevorzugt, wenn das Triarylsulfoniumsalz eine Triarylsulfoniumantimonat, insbesondere ein Triarylsulfoniumhexafluorantimonat enthält. Vorteilhafterweise kann ferner vorgesehen sein, daß die Komponente b) eine Mischung aus verschiedenen Arylsulfoniumsalzen enthält. Neben dem cycloaliphatischen Epoxidharz können auch weitere Bindemittel in der Druckfarbe enthalten sein.

In der Drucktechnik werden überwiegend radikalisch härtende Druckfarben verwendet, da bei ihnen im Vergleich zu einer kationisch härtenden Druckfarbe bei Bestrahlung mit einer konventionellen Mitteldruck-Lampe eine kürzere Trocknungszeit erzielt wird. Die radikalisch härtenden Farben haben ferner den Vorteil, daß sich ihre chemische Zusammensetzung sehr weit variieren läßt. Die hierbei meist verwendeten Bindemittel absorbieren jedoch zumeist im UV-C-Bereich erheblich, so daß selbst bei Verwendung von im UV-C-Bereich absorbierenden Photoinitiatoren nur eine geringe Reaktivität der Druckfarbe erzielt werden kann. Im Gegensatz hierzu sind die bei kationisch härtbaren Druckfarben verwendeten Bindemittel im UV-C-Bereich in einem hohen Maße transparent, so daß auch mit einer UV-C- oder UV-B-Niederdruck-Gasentladungslampe eine hohe Reaktivität erreicht werden kann. Aus den vorstehend genannten Gründen sind im erfindungsgemäßen Zusammenhang kationisch härtende Farben auf Basis von Epoxiden bevorzugt. Radikalisch härtende Farben sind jedoch auch verwendbar.

Allgemein ist es von Vorteil, wenn eine Druckfarbe mittels des erfindungsgemäßen Druckverfahrens gehärtet wird, deren Bindemittelkomponente für das von der Niederdruck-Gasentladungslampe im UV-C- bzw. UV-B-Bereich emittierte UV-Licht in einem hohen Maße transparent ist, so daß tieferliegende Schichten noch in ausreichendem Umfang von UV-Licht erreicht werden. Dies bedeutet, daß die Absorptionskurve des Bindemittels entsprechend den bei Hoch- und Mitteldrucklampen verwendeten Standard-Bindemitteln, verschoben zu kürzeren Wellenlängen, entsprechen soll. Übliche Schichtdicken liegen beim Offset zwischen 1 und 3 µm und beim Flexodruck zwischen 3 und 8 µm. Hinzu kommen jeweils die Quetschränder von maximal 20 µm Dicke, so daß das Bindemittel bis zu einer Dicke von 20 µm hinreichend transparent sein soll. Dies bedeutet vorzugsweise, daß die Transparenz des Bindemittels bis zu dieser Schichtdicke so hoch ist, daß es nicht mehr als die Hälfte der einfallenden UV-Intensität der Niederdruck-Gasentladungslampe absorbiert. Entsprechend gilt für das System aus Bindemittel und Photoinitiator, daß bis zu der Schichtdicke von 20 µm vorzugsweise mehr als 10 % des UV-Lichtes absorbiert wird.

Für die Verwendbarkeit einer Druckfarbe im erfindungsgemäßen Zusammenhang sind insbesondere die Eigenschaften des Bindemittels, nämlich seine Transparenz für das eingesetzte UV-Licht, und die Reaktivität des Bindemittel-Photoinitiator-Systems von Bedeutung. Ferner sollen, wie üblich, die einzelnen Komponenten mischbar und untereinander verträglich sein, also keine Spontanreaktionen auslösen. Die Füllstoffe und Zusatzstoffe können in flüssiger oder fester Form vorliegen und unterliegen den gleichen Erfordernissen hinsichtlich der Transparenz für UV-Licht wie die Bindemittel.

Die Pigmente können anorganischer oder organischer Art sein. Anorganische sind in der Regel Feststoffe, organische können fest oder flüssig sein. Bei flüssigen Pigmenten sind die Konzentration und Absorptionseigenschaften in geeigneter Weise einzustellen. Das gilt auch für feste Pigmente, bei denen zusätzlich von der jeweiligen Korngröße abhängige Streueffekte hinzukommen.

Die Druckfarbe sollte für das UV-Licht hinreichend reaktiv und durch dieses aktivierbar sein. Dies gilt insbesondere für die Photoinitiatoren, die in dem eingesetzten Wellenlängenbereich hinreichend reaktiv sein sollen. Die Reaktivität bedeutet dabei zweierlei. Einerseits muß die Absorption des UV-Lichtes hinreichend hoch sein. Andererseits sollen die Photoinitiatoren die absorbierte Energie auch gut auf die entsprechenden Radikale (radikalische Polymerisation) oder Säuren (kationische Polymerisation) zur Auslösung der Kettenreaktion für die Polymerisation übertragen bzw. umsetzen. Der Photoinitiator sollte daher in ausreichend hohem Maße absorbieren und in geeigneter Konzentration vorliegen. Ferner muß er in der Lage sein, die Energie des absorbierten UV-Lichtes auf die Monomere zu übertragen. Dies gilt sowohl für die radikalische, als auch für die kationische Härtung.

Es ist auch möglich, mehrere Photoinitiatoren in einer Druckfarbe zu verwenden. Diese weisen dann ein unterschiedliches Absorptionsverhalten auf, so daß die Initiatoren der Kettenreaktion von den Aktivatoren der Lichtabsorption verschieden sind.

Allgemein ist es vorteilhaft, wenn eine Druckfarbe gehärtet wird, deren Bindemittelkomponente für das von der Niederdruck-Gasentladungslampe emittierte UV-Licht in einem hohen Maß transparent ist und deren Photoinitiatorkomponente das von der Niederdruck-Gasentladungslampe emittierte UV-Licht sowohl in einem hohen Maß absorbiert, als auch bei diesen Wellenlängen aktivierbar und reaktiv ist. Im allgemeinen wird es daher vorteilhaft sein, wenn die Bindemittel-und Photoinitiatorkomponente der Druckfarbe derart zusammengesetzt und aufeinander abgestimmt sind, daß die Druckfarbe mit dem von der Niederdruck-Gasentladungslampe emittierten UV-Licht bis zu einer Schichtdicke von 20 µm härtbar ist.

Ein weiteres bevorzugtes Merkmal besteht darin, daß die Druckfarbe auch bei Raumtemperatur eine hohe Reaktivität aufweist. Die Druckfarbe wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kaum oder gar nicht erwärmt; die Temperatur beträgt während der UV-Härtung vorteilhafterweise nicht mehr als 40°C. Bei konventionellen Hoch- und Mitteldrucklampen treten erheblich höhere Temperaturen auf, was auch anwendungstechnische Nachteile zur Folge hat.

Nach einem anderen vorteilhaften Merkmal wird vorgeschlagen, daß die Dauer der UV-Bestrahlung zur Härtung der Druckfarbe weniger als 2 Sekunden, bevorzugt weniger als 1 Sekunde beträgt. Die kurze Reaktionszeit der Druckfarbe ist von Vorteil für die Verwirklichung hoher Produktionsgeschwindigkeiten oder kurzer Abstände zwischen den einzelnen Druckstationen. Unter der Reaktionszeit wird dabei die Zeit verstanden, die verstreicht, bis die Oberfläche der Druckfarbe klebfrei wird, so daß der Bedruckstoff in weiteren Druckstationen bedruckt oder anderweitig verarbeitet werden kann. Die Durchhärtezeit kann erheblich länger sein. Bei radikalisch härtenden Druckfarben ist die Durchhärtezeit nur unwesentlich länger als die Reaktionszeit. Bei kationisch härtenden Druckfarben bewirkt die UV-Bestrahlung in der Regel nur eine Initiierung bzw. Vorhärtung, wobei die Nachhärtung sehr kurz sein oder auch im Bereich bis zu 24 Stunden liegen kann. Die kurze Bestrahlungszeit bzw. Reaktionszeit ist, wie geschildert, nicht nur von Bedeutung für das Bedrucken einer hohen Stückzahl pro Zeiteinheit, sondern auch beim Mehrfarbendruck. Das dort bestehende Passerproblem erfordert kurze Strecken zwischen den Druckstationen und demzufolge auch eine rasche Zwischentrocknung zur Verhinderung der Farbverschleppung.

Die Dauer, während der die Druckfarbe mit UV-Licht bestrahlt wird, hängt von der Geschwindigkeit ab, mit welcher der Bedruckstoff mit der Druckfarbe während der UV-Härtung relativ zu der Niederdruck-Gasentladungslampe bewegt wird, sowie von der von Niederdruck-Gasentladungslampe bestrahlten Fläche ab. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können vorteilhafterweise Druckverfahren durchgeführt werden, bei denen der Bedruckstoff mit einer Bahngeschwindigkeit von mehr als 20 m/min., bevorzugt mehr als 40 m/min. und besonders bevorzugt mehr als 50 m/min. bewegt wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Härten einer UV-härtenden Druckfarbe auf einem Bedruckstoff, mittels der die Druckfarbe mit UV-Licht einer UV-Strahlungsquelle bestrahlt wird, insbesondere zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, weist die Besonderheiten gemäß den unabhängigen Vorrichtungsansprüchen auf. Eine solche Vorrichtung wird im folgenden mit dem gebräuchlichen Begriff "Trockner" bezeichnet.

Je nach Anwendungsfall kann der Trockner eine oder mehrere UV-Strahlungsquellen umfassen. Wenn mehrere UV-Strahlungsquellen vorgesehen sind, können diese gleichen oder unterschiedlichen Typs sein. In besonderen Fällen kann es auch vorteilhaft sein, wenn neben einer Niederdruck-Gasentladungslampe auch andere, bisher gebräuchliche Strahlungsquellen vorhanden sind. Bevorzugt ist die ausschließliche Verwendung von Niederdruck-Gasentladungslampen. Nach einem vorteilhaften Merkmal wird vorgeschlagen, daß der Trockner mehr als vier, bevorzugt mehr als acht Niederdruck-Gasentladungslampen aufweist.

Eine vorteilhafte Ausbildung kann insbesondere darin bestehen, daß der Trockner mehrere, nebeneinander angeordnete Niederdruck-Gasentladungslampen aufweist. Auf diese Weise kann eine hohe flächenbezogene UV-Beleuchtungsstärke des Bedruckstoffs oder eine räumlich gleichmäßige Ausleuchtung realisiert oder eine relativ große Fläche ausgeleuchtet werden. Die Niederdruck-Gasentladungslampen können dabei stabförmig ausgebildet sein. Bevorzugt ist jedoch, wenn der Trockner mehrere U-förmig ausgebildete Niederdruck-Gasentladungslampen aufweist, die mit den Längsseiten der U-Form nebeneinanderliegend angeordnet sind. U-förmig ausgebildete Niederdruck-Gasentladungslampen haben den Vorteil, daß mit ihnen eine relativ hohe Beleuchtungsstärke erreicht werden kann. Wenn die Niederdruck-Gasentladungslampen dabei wechselweise entgegengerichtet angeordnet sind, lassen sie sich besonders dicht aneinanderreihen, da die offenen und die geschlossenen Enden der U-Formen eine alternierende Folge bilden und die mit den elektrischen Anschlußkontakten versehenen offenen Enden mit elektrischen Anschlußelementen kontaktierbar sind, ohne daß der Abstand der Niederdruck-Gasentladungslampen durch die Anschlußelemente begrenzt wird.

Der Abstand der Lampen untereinander und der Lampen zu dem Bedruckstoff unterliegt vorteilhafterweise der Forderung, daß die Bestrahlungsstärke in der Ebene des Bedruckstoffs, bezogen auf den hauptsächlich wirksamen Bereich, d.h. zum Beispiel ohne Berücksichtigung der Einlauf- und Auslaufzone, möglichst homogen ist. Bei einem längs einer Transportrichtung bewegten und/oder in der Härtungszone rotierenden Bedruckstoff gilt dies für die beim Durchlauf durch den Trockner zeitlich aufintegrierte Intensität.

Zur Erzielung einer kompakten Bauweise und/oder zur Realisierung einer homogenen Bestrahlungsstärke, die um weniger als 30 %, bevorzugt um weniger als 20 % von einem mittleren Wert abweicht, können die Niederdruck-Gasentladungslampen in einem engen Abstand zueinander angeordnet sein. Die Kolben der Niederdruck-Gasentladungslampen können sogar ohne Abstand zueinander angeordnet sein und aneinander anstoßen. Der Abstand zwischen der Niederdruck-Gasentladungslampen, gemessen zwischen ihren Kolben, beträgt vorteilhafterweise nicht mehr als 30 %, bevorzugt nicht mehr als 20 % als der Durchmesser der Kolben der Niederdruck-Gasentladungslampen.

Der Abstand der Niederdruck-Gasentladungslampe zum Bedruckstoff sollte mindestens so groß sein, daß durch Schwankungen der Lage des Bedruckstoffs kein Kontakt zu der Lampe hergestellt wird. Ein unter praktischen Gesichtspunkten vernünftiger Mindestabstand beträgt 1 cm. Die Obergrenze des Abstandes zwischen der Oberfläche der Niederdruck-Gasentladungslampe und dem Bedruckstoff kann vorteilhafterweise weniger als 5 cm betragen.

Eine weitere bevorzugte Besonderheit besteht darin, daß die Vorrichtung einen Reflektor aufweist, mit dem von der Niederdruck-Gasentladungslampe emittiertes UV-Licht auf die zu härtende Druckfarbe reflektiert wird. Mittels eines Reflektors kann sowohl UV-Licht für die UV-Härtung genutzt werden, das von der Niederdruck-Gasentladungslampe nicht in Richtung auf den Bedruckstoff emittiert wird, als auch eine gleichmäßigere Ausleuchtung des Bedruckstoffs erzielt werden. Bei ausgedehnten Bedruckstoffen ist der Reflektor vorteilhafterweise auf der von den Bedruckstoff abgewandten Seite der Niederdruck-Gasentladungslampe angeordnet, so daß er das von der Niederdruck-Gasentladungslampe in diese Richtung emittierte UV-Licht zu dem Bedruckstoff reflektiert. Bei nicht bahnenförmigen Bedruckstoffen kann es aber auch vorteilhaft sein, wenn auf der von der Beleuchtungsquelle abgewandten Seite des Bedruckstoffs ein Reflektor angeordnet ist, um den Bedruckstoff allseitig gleichmäßiger auszuleuchten.

Auf der von dem Bedruckstoff abgewandten Seite der Niederdruck-Gasentladungslampe angeordnete Reflektoren sind auch im Stand der Technik in Verbindung mit Mittel- und Hochdrucklampen bekannt. Sie bestehen meist aus Metallplatten und sind schwenkbar, um in Stillstandspausen der Anlage die Wärmebelastung des Bedruckstoffs verringern zu können. Ein erfindungsgemäßer Reflektor kann dagegen bevorzugt feststehend sein, da die Wärmebelastung des Bedruckstoffs durch die Niederdruck-Gasentladungslampe nicht kritisch ist und diese wegen ihrer sofortigen Wiederstartbarkeit erforderlichenfalls abgeschaltet werden kann. Der Reflektor ist somit technisch weniger aufwendig und kostengünstiger.

Die Reflexionsschicht des Reflektors kann aus planen Teilflächen zusammengesetzt sein. Eine fertigungstechnisch besonders vorteilhafte Ausbildung besteht darin, daß der Reflektor eine einzige plane Reflexionsschicht aufweist. Wenn der Reflektor zudem feststehend ist, ist der technische Aufwand besonders niedrig.

In anderen Ausbildungen kann es zur Verbesserung der Lichtführung aber auch vorteilhaft sein, wenn die Reflexionsschicht des Reflektors in Bezug auf die Niederdruck-Gasentladungslampe konkav gekrümmte Teilflächen aufweist. Ferner kann der Reflektor in konventioneller Weise mit einem Abstand zu der Niederdruck-Gasentladungslampe angeordnet sein. Durch die reduzierte Oberflächentemperatur der Niederdruck-Gasentladungslampe ist es jedoch auch möglich, daß der Reflektor in einem Linienkontakt oder in einem Flächenkontakt zu der Niederdruck-Gasentladungslampe steht. Auf diese Weise kann eine sehr kompakte Bauform des Trockners bei dennoch hoher Lichtausbeute realisiert werden. Der Flächenkontakt kann vorteilhafterweise auf 30 % bis 60 % der Fläche des Kolbens bzw. des Umfangs eines Querschnitts der Niederdruck-Gasentladungslampe bestehen. Der jeweils optimale Wert bestimmt sich nach der Ausdehnung des Bedruckstoffs und dessen Abstand zu der Niederdruck-Gasentladungslampe.

Um eine räumlich gleichmäßige Beleuchtungsstärke des Bedruckstoffs zu erzielen, ist der Reflektor vorteilhafterweise diffus reflektierend, d.h. der Reflektor weist eine Reflexionsschicht aus einem optisch diffus reflektierenden Material auf. Optisch diffus reflektierende Materialien sind Stoffe, die aufgrund ihrer Zusammensetzung auftreffende optische Strahlung diffus reflektieren bzw. durchdringende Strahlung diffus austreten lassen. Damit können sie als Lambertsche Oberfläche bzw. als Lambertsche Strahler bezeichnet werden. In der Regel sind sie mattweiß.

Das optisch diffus reflektierende Material kann in bekannter Weise aus Keramikplatten oder aus Metallreflektoren, die eine aufgerauhte, metallische, reflektierende Oberfläche aufweisen (z.B. Aluminiumplatten), bestehen. Auch eine Beschichtung aus einem Lack, insbesondere einem Transparentlack, der mit diffus reflektierenden Partikeln wie Bariumsulphat, Titanoxid oder Magnesiumoxid versetzt ist, kommt in Betracht.

Nach einem besonders vorteilhaften Merkmal wird vorgeschlagen, daß das optisch diffus reflektierende Material der Reflexionsschicht des Reflektors eine Matrix aus einem transparenten, im wesentlichen aus einem härtbaren Silikonkautschuk bestehenden Matrixmaterial, in das diffus reflektierende Partikel eingebettet sind, aufweist.

Als diffus reflektierende Partikel sind im Rahmen der Erfindung prinzipiell alle bekannten diffus reflektierenden Substanzen geeignet. Solche diffus reflektierenden Substanzen sind beispielsweise Magnesiumoxid, Aluminiumoxid, Titandioxid, Polytetrafluorethylen (Teflon (R)) oder Siliziumdioxid (Aerosil (R)). Als besonders vorteilhaft hat sich im Rahmen der Erfindung Bariumsulphat erwiesen.

Die folgenden Ausführungsbeispiele der Erfindung lassen weitere vorteilhafte Merkmale und Besonderheiten erkennen, die anhand der schematischen Darstellungen in den Zeichnungen im folgenden näher beschrieben und erläutert werden.

Es zeigen:

Fig. 1: einen schematischen Querschnitt durch einen Trockner nach dem Stand der Technik im Betriebszustand,
Fig. 2: einen schematischen Querschnitt durch einen Trockner nach dem Stand der Technik im Stillstand,
Fig. 3: eine Abwandlung zu Figur 1,
Fig. 4: eine Abwandlung zu Figur 2,
Fig. 5: einen schematischen Querschnitt durch einen ersten erfindungsgemäßen Trockner,
Fig. 6: eine erste Abwandlung zu Figur 5,
Fig. 7: eine zweite Abwandlung zu Figur 5,
Fig. 8: eine perspektivische Ansicht zu Figur 5,
Fig. 9: eine perspektivische Ansicht zu Figur 6,
Fig. 10: eine perspektivische Ansicht zu Figur 7,
Fig. 11: eine Abwandlung zu Figur 8,
Fig. 12: eine Abwandlung zu Figur 9,
Fig. 13: eine Abwandlung zu Figur 10,
Fig. 14: eine schematische Aufsicht auf mehrere Lampen,
Fig. 15: eine Abwandlung zu Figur 14,
Fig. 16: einen schematischen Querschnitt durch einen Trockner und eine Druckmaschine,
Fig. 17: einen schematischen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Trockner,
Fig. 18: eine Einzelheit zur Fig. 17,
Fig. 19: einen relativen spektralen Strahlungsfluß einer Quecksilberdampf-Hochdrucklampe,
Fig. 20: einen relativen spektralen Strahlungsfluß einer Quecksilberdampf-Niederdruck-Gasentladungslampe und
Fig. 21: einen spektralen Strahlungsfluß einer UV-B-Niederdruck-Gasentladungslampe.

In Figur 1 ist ein schematischer Querschnitt durch einen Trockner 20 nach dem Stand der Technik dargestellt, und zwar im Betriebszustand, d.h. während des Härtens von daran vorbeigeführtem Bedruckstoff 9, der mit einer UV-härtenden Druckfarbe 14 bedruckt ist. Eine UV-Strahlungsquelle 8, bei der es sich um eine Mitteldruck-Gasentladungslampe handelt, erzeugt UV-Licht, das die Polymerisation der Druckfarbe 14 auslöst. Der Bedruckstoff 9 wird in der Transportrichtung 10 an der UV-Strahlungsquelle 8 vorbeigeführt. Zur Erhöhung der Lichtausbeute und zur Vergleichmäßigung der Beleuchtungsstärke auf der Druckfarbe 14 sind Schwenkreflektoren 21 vorgesehen. Sie sind jeweils mittels einer Drehvorrichtung 11 von dem in der Figur 1 dargestellten Betriebszustand in die in der Figur 2 dargestellten Position bei Stillstand schwenkbar. Das Schwenken der Reflektoren 21 ist erforderlich, da die Mitteldrucklampe eine sehr hohe Oberflächentemperatur aufweist und der Bedruckstoff 9 verbrennen würde, wenn er sich nicht relativ zu der Lampe 8 bewegt.

Aufgrund der hohen Wärmebelastung, die von der Mitteldrucklampe ausgeht, ist zum Schutz des Bedruckstoffs 9 und der Druckfarbe 14 ein Wärmeschutzglas 22 zwischen der UV-Strahlungsquelle 8 und dem Bedruckstoff 9, vorgesehen. In den Figuren 3 und 4 sind Abwandlungen zu den Figuren 1 und 2 dargestellt, die sich dadurch unterscheiden, daß anstelle des Wärmeschutzglases 22 wasserdurchflossene Kühlrohre 35 zur Abfuhr der Verlustwärme vorgesehen sind.

Die Figur 5 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Trockner 20. Bei diesem sind die UV-Strahlungsquellen 8, an denen der mit Druckfarbe 14 bedruckte Bedruckstoff 9 in der Transportrichtung 10 zum Härten der Druckfarbe 14 vorbeigeführt wird, mehrere nebeneinander angeordnete Niederdruck-Gasentladungslampen 7. Als Niederdruck-Gasentladungslampen haben sich insbesondere die UV-C-Strahler vom Typ TUV von Philips mit einer Hauptemission bei 254 nm und die UV-B-Strahler vom Typ TL/01 mit einer Hauptemission bei 311 bis 312 nm bzw. vom Typ TL/12 mit einer Hauptemission bei 306 nm als vorteilhaft erwiesen. Sie weisen einen hohen Wirkungsgrad für UV-Licht auf, und sind praktisch ohne Ozonerzeugung betreibbar. Wegen der geringen Wärmeentwicklung der Niederdruck-Gasentladungslampen kann der Reflektor 5 feststehend sein, und zwar in einem kurzen Abstand zu den Lampen. Der Abstand zwischen Reflektor 5 und UV-Strahlungsquelle 8 kann kleiner als der doppelte, bevorzugt kleiner als der einfache Durchmesser des Kolbens 16 der UV-Strahlungsquelle 8 sein.

Der Reflektor 5 umfaßt in dem dargestellten Beispiel jeweils drei plane Reflektoren 5, und zwar einen großen, auf der von dem Bedruckstoff 9 abgewandten Seite der Lampen 8 angeordneten Reflektor 5a, sowie zwei seitlich angeordnete, kleinere Reflektoren 5b. Die Reflektoren umfassen eine Reflexionsschicht aus einem reflektierenden Material 1. Das reflektierende Material 1 kann in herkömmlicher Weise ausgebildet sein, beispielsweise als Keramikplatte oder als Metallreflektor. Der Metallreflektor kann eine aufgerauhte, metallische, reflektierende Oberfläche aufweisen und beispielsweise aus Aluminium bestehen.

Bevorzugt besteht die Reflexionsschicht des Reflektors 5 aus einem erfindungsgemäßen, optisch diffus reflektierenden Material mit einem Matrixmaterial aus härtbarem Silikonkautschuk und darin in homogener Verteilung eingebetteten Partikeln.

Die Partikel bestehen aus pulverisiertem Bariumsulphat, das eine Korngröße von etwa 50 µm aufweist. Die Partikel sind aufgrund ihrer Kleinheit in der Figur 5 nicht sichtbar. Das Gewichtsverhältnis der Partikel zu dem Matrixmaterial beträgt etwa 1:10. Wenn das Verhältnis kleiner als 1:100 ist, ist die Reflexion in der Regel zu gering. Bei Gewichtsverhältnissen oberhalb von 1:1 wird der Füllgrad des Matrixmaterials durch die Partikel im allgemeinen so hoch sein, daß das Silikon brüchig wird oder nicht mehr fehlerfrei vulkanisiert.

Der Reflexionsgrad des Reflektors 5 liegt über 90 %. Die Stärke der reflektierenden Schicht, also des Materials 1 beträgt einige Millimeter. Sie kann vorteilhafterweise im Bereich zwischen 0,1 und 10 mm liegen. Der Reflektor 5 kann somit ein sogenannter Volumenreflektor sein, der sich von einem reinen Oberflächenreflektor dadurch unterscheidet, daß die Reflexion auch in tieferen Materialschichten erfolgt.

Das reflektierende Material 1 bzw. die Reflektorbleche sind auf eine Trägerplatte 6 oder einem Teil des Gehäuses 27 aufgebracht.

Die Figur 6 zeigt einen abgewandelten Reflektor 5. Die Reflexionsschicht aus reflektierendem Material 1 besteht aus einem erfindungsgemäßen Matrixmaterial aus Silikonkautschuk mit diffus reflektierenden Partikeln. Sie ist an einer Trägerplatte 6 oder an einem Gehäuseteil 27 befestigt. Die Reflexionsschicht weist die Besonderheit auf, daß ihre den UV-Strahlungsquellen 8 zugewandte Oberfläche in Bezug auf die Strahlungsquellen konkav gekrümmte Teilbereiche aufweist. Diese sind mit einem geringen Abstand, der weniger als die Hälfte des Durchmessers des Kolbens 16 der UV-Strahlungsquelle 8 betragen kann, zu der Oberfläche des Kolbens 16 der jeweiligen UV-Strahlungsquelle 8 angeordnet. Dabei kann der Mittelpunkt der jeweiligen Krümmung des Reflektors 5 im Inneren der zugeordneten Niederdruck-Gasentladungslampe liegen, insbesondere in deren Zentrum. Auf diese Weise wird eine sehr kompakte Bauweise bei gleichzeitig gleichmäßiger Ausleuchtung des Bedruckstoffs 9 erzielt. In manchen Ausbildungen kann es auch vorteilhaft sein, wenn die Reflexionsschicht aus diffus reflektierendem Material 1 unmittelbar an dem Kolben 16 der UV-Strahlungsquellen 8 anliegt, was insbesondere bei Quecksilberdampf-Niederdruck-Gasentladungslampen möglich ist.

In Figur 7 ist ein schematischer Querschnitt durch einen Trockner 20 dargestellt, der sich von den Trocknern gemäß Figuren 5 und 6 dadurch unterscheidet, daß der Reflektor 5 aus einem oder mehreren Reflektorblechen besteht, die nicht plan, sondern in Bezug auf die UV-Strahlungsquellen 8 konkav gekrümmt sind. Auch dieser Reflektor 5 kann wegen der geringen Wärmeerzeugung der erfindungsgemäß verwendeten Niederdruck-Gasentladungslampen feststehend und in einem kurzen Abstand zu den Lampen angeordnet sein.

Die Figuren 8 bis 10 zeigen perspektivische Ansichten, und zwar Figur 8 zu Figur 5, Figur 9 zu Figur 6 und Figur 10 zu Figur 7. In allen Figuren sind Konstruktionselemente wie elektrische Leitungen, Kühleinrichtungen und mechanische Halterungen der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt.

Die Figuren 11 bis 13 zeigen Abwandlungen zu den Figuren 8 bis 10, die sich in der Transportrichtung 10 des Bedruckstoffs 9 unterscheiden. Bei den Figuren 8 bis 10 wird der Bedruckstoff 9 senkrecht zu der axialen Richtung der UV-Strahlungsquellen 8 transportiert. Bei den Trocknern 20 der Figuren 11 bis 13 erfolgt der Transport in axialer Richtung der UV-Strahlungsquellen 8. Prinzipiell kann die Transportrichtung 10 jeden beliebigen Winkel zu der Achse der Niederdruck-Gasentladungslampen bilden. Unter dem Gesichtspunkt der Optimierung der Nutzung des emittierten UV-Lichtes und zur Erzielung einer über den Bedruckstoff verteilt gleichmäßigen Belichtungszeit sind die dargestellten Transportrichtungen 10 bevorzugt.

Die Figuren 14 und 15 zeigen schematische Aufsichten auf mehrere UV-Strahlungsquellen 8, bei denen es sich um U-förmig ausgebildete Niederdruck-Gasentladungslampen 7 handelt. Die im dargestellten Beispielsfall insgesamt neun Lampen sind zur gleichmäßigen Ausleuchtung der Trocknungsfläche des Bedruckstoffs 9 mit ihren Längsseiten nebeneinanderliegend angeordnet. Um eine möglichst kompakte Bauweise und eine hohe Beleuchtungsstärke zu erzielen, sind die Lampen ferner wechselweise entgegengerichtet angeordnet. Die elektrischen Anschlußelemente 13 bilden daher mit den geschlossenen Enden der U-förmigen Lampen auf beiden Seiten der Anordnung eine alternierende Folge, so daß zwischen den elektrischen Anschlußelementen 13 jeweils genügend Platz verbleibt und der Abstand der Lampen nicht durch die elektrischen Anschlußelemente 13 begrenzt wird. Die Figuren 14 und 15 unterscheiden sich in der Transportrichtung 10 des Bedruckstoffs 9, dessen mit zu härtender UV-Druckfarbe 14 versehene Trocknungsfläche an den Lampen vorbeigeführt wird. Die Reflektoren sind in den Figuren 14 und 15 nicht dargestellt.

Die Figur 16 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Trockner 20 und eine Druckmaschine. Er umfaßt in konventioneller Bauweise als UV-Strahlungsquelle 8 eine im UV-Bereich emittierende Hochdruck-Gasentladungslampe. In dem Gehäuse 27 befinden sich außer der Lampe noch Schwenkreflektoren 21, mittels denen das Licht auf den Bedruckstoff 9 gerichtet wird, und die bei Stillstand der Anlage zum Schutz des Bedruckstoffs 9 vor Überhitzung verschwenkt werden können. Da die bekannnten UV-Beleuchtungsquellen 8 eine sehr hohe Wärmeentwicklung verursachen, ist ferner ein Wärmeschutzglas 22 vorgesehen. Erfindungsgemäß sollen daher als UV-Strahlungsquelle 8 eine oder mehrere Niederdruck-Gasentladungslampen verwendet werden. Der Schwenkreflektor 21 kann dann in der oben beschriebenen Weise als feststehender Reflektor ausgebildet werden und das Wärmeschutzglas 22 kann entfallen. Auf diese Weise kann der Trockner 20 kompakt gebaut sein und den Bedruckstoff 9 gleichmäßig ausleuchten, wobei gleichzeitig die Wärmebelastung erheblich reduziert ist.

Die Bedruckstoffe 9 sind im dargestellten Beispielsfall Tuben oder Becher, die auf sich drehenden Tubendornen 26 eines Tubentellers 25 angeordnet sind. Mittels einer nicht dargestellten Rakelkammer bzw. Farbkammer wird dem die Rasterwalze 23 und die Klischeewalze 24 umfassenden Druckwerk die UV-härtbare Druckfarbe 14 zugeführt. Von der Klischeewalze 24 wird das Motiv auf die Tuben übertragen, und der sich drehende Tubenteller 25 führt die Tuben durch die Härtungszone des Trockners 20, wo die Härtung mittels UV-Bestrahlung erfolgt. Nach dem Austritt aus der Härtungszone werden die Tuben von den Tubendornen 26 abgenommen und die Tubendorne 26 mit neuen, unbedruckten bestückt. Die Auf spann- und Abnahmevorrichtungen sind nicht dargestellt.

Um eine homogene Ausleuchtung des Bedruckstoffs 9 in der Härtungszone und eine hohe Lichtausbeute zu erzielen, ist diese mit erfindungsgemäßem, optisch diffus reflektierendem Material 1 umgeben. Das reflektierende Material 1 kann dabei an gesonderten Trägerplatten 6 oder an dem Gehäuse 27 angebracht sein. Insbesondere mittels auf der von der Beleuchtungsquelle 8 abgewandten Seite des Bedruckstoffs 9 angeordneten Reflektoren 5 kann die Gleichmäßigkeit der Ausleuchtung und die Lichtausbeute verbessert werden. Wenn die Wärmeentwicklung der Beleuchtungsquelle 8 nicht zu hoch ist, können auch die Schwenkreflektoren 21 mit erfindungsgemäßem Material 1 versehen sein, oder es kann ein auf der von dem Bedruckstoff 9 abgewandten Seite der Beleuchtungsquelle 8 angeordneter feststehender erfindungsgemäßer Reflektor vorgesehen sein.

Die Figur 17 zeigt den Trockner der Figur 16 in einer erfindungsgemäßen Ausführung mit Niederdruck-Gasentladungslampen 7. Die Bedruckstoffe 9 sind auch in diesem Fall auf sich drehenden Tubendornen 26 eines Tubentellers 25 angeordnete Tuben oder Becher. Sie werden mit einer Bahngeschwindigkeit von ca. 50 m/min durch den Trockner 20 gefördert. Zusätzlich zu dieser Bahnbewegung drehen sich die Tubendorne 26. Der Trockner 20 umfaßt ein Gehäuse 27, in dem auf Trägerplatten 6 das reflektierende Material 1 zur Erzielung einer homogenen Ausleuchtung des Bedruckstoffs in der Härtungszone angeordnet ist. Der Reflektor 5 sorgt, in Verbindung mit den 12 Niederdruck-Gasentladungslampen 7, für eine homogene Ausleuchtung. Die Niederdruck-Gasentladungslampen 7 sind in einem engen Abstand zueinander angeordnet und der Bedruckstoff 9 wird in einem geringen Abstand an den Niederdruck-Gasentladungslampen 7 vorbeigeführt. Aufgrund der geringen Wärmeentwicklung der Niederdruck-Gasentladungslampen 7 ist keine aufwendige Kühlvorrichtung und kein Wärmeschutzglas erforderlich. Der Reflektor 5 ist feststehend ausgebildet und weist keine schwenkbaren Teile auf. Die Figur 18 zeigt ein Detail zu Figur 17.

Die Figuren 19, 20 und 21 zeigen typische relative spektrale Strahlungsflüsse von Quecksilberdampflampen. Dargestellt ist in Fig. 19 und 20 jeweils der spektrale Strahlungsfluß E in willkürlichen Einheiten als Funktion der Wellenlänge w und in Fig. 21 in absoluten Einheiten als Funktion der Wellenlänge w. Die Figur 19 zeigt das Spektrum eines Hochdruck- und die Figur 20 das eines UV-C-Niederdruckstrahlers. Man erkennt, daß die UV-C-Niederdruck-Gasentladungslampe überwiegend im UV-C-Bereich emittiert, wogegen der Hauptemissionsbereich der Hochdrucklampe bei größeren Wellenlängen liegt.

Die UV-C-Niederdruck-Gasentladungslampe der Fig. 20 ist eine Niederdrucklampe ohne Zusatz von Leuchtstoffen, d.h. eine nichtaktinische Niederdrucklampe. In Fig. 21 ist das Spektrum einer UV-B-Niederdruck-Gasentladungslampe dargestellt. Es handelt sich hierbei um eine Leuchtstofflampe, deren Hauptemissionsbereich durch Zusatz von Leuchtstoffen in den Bereich bei 305 nm verschoben ist. Zusätzlich treten im UV-A- und sichtbaren Bereich Nebenintensitäten auf.

Claims

Verfahren zum Härten einer UV-härtenden Druckfarbe (14) auf einem Bedruckstoff (9), bei dem die Druckfarbe (14) mit UV-Licht einer UV-Strahlungsquelle (8) bestrahlt wird, wobei

als UV-Strahlungsquelle (8) eine Niederdruck-Gasentladungslampe (7) verwendet wird, deren über den UV-B- und UV-C-Bereich integrierter spektraler Strahlungsfluß mehr als 50%, bevorzugt mehr als 75% des UV-Strahlungsflusses beträgt,

die Dauer der Bestrahlung zur Härtung der Druckfarbe (14) weniger als zwei Sekunden, bevorzugt weniger als eine Sekunde beträgt und

die Reaktionszeit der Druckfarbe (14) bis zum Erreichen eines Härtungsgrades, bei dem der Bedruckstoff (9) klebfrei in einer weiteren Druckstation bedruckbar oder anderweitig verarbeitbar ist, weniger als 2 Sekunden, bevorzugt weniger als 1 Sekunde beträgt,

dadurch gekennzeichnet, daß

die Druckfarbe (14) ein oder mehrere cycloaliphatische Epoxidharze als härtbares Bindemittel und ein oder mehrere Arylsulfoniumsalze als Photoinitiator enthält und

die Bestrahlung unter Anwesenheit von Luftsauerstoff erfolgt.
Verfahren zum Härten einer UV-härtenden Druckfarbe (14) auf einem Bedruckstoff (9), bei dem die Druckfarbe (14) mit UV-Licht einer UV-Strahlungsquelle (8) bestrahlt wird, wobei

als UV-Strahlungsquelle (8) eine Niederdruck-Gasentladungslampe (7) verwendet wird, deren über den UV-B- und UV-C-Bereich integrierter spektraler Strahlungsfluß mehr als 50%, bevorzugt mehr als 75% des UV-Strahlungsflusses beträgt,

die Druckfarbe (14) eine Druckfarbe ist, die durch radikalische Polymerisation härtet,

die Dauer der Bestrahlung zur Härtung der Druckfarbe (14) weniger als zwei Sekunden, bevorzugt weniger als eine Sekunde beträgt und

die Reaktionszeit der Druckfarbe (14) bis zum Erreichen eines Härtungsgrades, bei dem der Bedruckstoff (9) klebfrei in einer weiteren Druckstation bedruckbar oder anderweitig verarbeitbar ist, weniger als 2 Sekunden, bevorzugt weniger als 1 Sekunde beträgt,

dadurch gekennzeichnet, daß

die Bestrahlung unter Anwesenheit von Luftsauerstoff erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als UV-Strahlungsquelle (8) eine Niederdruck-Gasentladungslampe (7) verwendet wird, deren über den UV-B-Bereich integrierter spektraler Strahlungsfluß mehr als 50%, bevorzugt mehr als 75% des UV-Strahlungsflusses beträgt.
Verfahren zum Härten einer UV-härtenden Druckfarbe (14) auf einem Bedruckstoff (9), bei dem die Druckfarbe (14) mit UV-Licht einer UV-Strahlungsquelle (8) bestrahlt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß

als UV-Strahlungsquelle (8) eine Niederdruck-Gasentladungslampe (7) verwendet wird, deren über den UV-B-Bereich integrierter spektraler Strahlungsfluß mehr als 50 %, bevorzugt mehr als 75 % des UV-Strahlungsflusses beträgt

und die integrierte UV-, insbesondere die integrierte UV-B- und UV-C-Bestrahlungsstärke zwischen 1 und 100 mW/cm², bevorzugt zwischen 10 und 50 mW/cm² beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Maximum der spektralen Strahlungsflußverteilung der Niederdruck-Gasentladungslampe (7) im UV-B- oder UV-C-Bereich liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfarbe (14) während der UV-Härtung nicht über 40 °C erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfarbe eine Mischung aus verschiedenen Arylsulfoniumsalzen enthält.
Vorrichtung zum Härten einer UV-härtenden Druckfarbe (14) auf einem Bedruckstoff (9), mittels der die Druckfarbe (14) mit UV-Licht einer UV-Strahlungsquelle (8) bestrahlbar ist, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß

die UV-Strahlungsquellen (8) im wesentlichen Niederdruck-Gasentladungslampen (7) sind, der über den UV-B- und UV-C-Bereich integrierte spektrale Strahlungsfluß der Niederdruck-Gasentladungslampen (7) mehr als 50%, bevorzugt mehr als 75% des UV-Strahlungsflusses beträgt, die integrierte UV-, insbesondere die integrierte UV-B- und UV-C- oder insbesondere die UV-C-Bestrahlungsstärke zwischen 1 und 100 mW/cm², bevorzugt zwischen 10 und 50 mW/cm² beträgt und die Vorrichtung zum Bestrahlen des Bedruckstoffs (9) unter Anwesenheit von Luftsauerstoff ausgebildet ist.
Vorrichtung zum Härten einer UV-härtenden Druckfarbe (14) auf einem Bedruckstoff (9), mittels der die Druckfarbe (14) mit UV-Licht einer UV-Strahlungsquelle (8) bestrahlbar ist, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß

die UV-Strahlungsquellen (8) im wesentlichen Niederdruck-Gasentladungslampen (7) sind, der über den UV-B-Bereich integrierte spektrale Strahlungsfluß der Niederdruck-Gasentladungslampen (7) mehr als 50%, bevorzugt mehr als 75% des UV-Strahlungsflusses beträgt und die integrierte UV-, insbesondere die integrierte UV-B- und UV-C-Bestrahlungsstärke zwischen 1 und 100 mW/cm², bevorzugt zwischen 10 und 50 mW/cm² beträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie zum Bestrahlen des Bedruckstoffs (9) unter Anwesenheit von Luftsauerstoff ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfarbe (14) während der UV-Härtung nicht über 40 °C erwärmt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Bedruckstoff (9) während der UV-Härtung nicht über 40 °C erwärmt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Maximum der spektralen Strahlungsflußverteilung der Niederdruck-Gasentladungslampe (7) im UV-B- oder UV-C-Bereich liegt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß sie mehrere, insbesondere mehr als vier und bevorzugt mehr als acht Niederdruck-Gasentladungslampen (7) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens eine Niederdruck-Gasentladungslampe (7) aufweist, deren Emissionsspektrum sich von demjenigen einer anderen Niederdruck-Gasentladungslampe unterscheidet.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie mehrere U-förmig ausgebildete Niederdruck-Gasentladungslampen (7) aufweist, die mit parallel verlaufenden Längsseiten der U-Form nebeneinanderliegend angeordnet sind, wobei die Niederdruck-Gasentladungslampen (7) wechselweise entgegengerichtet angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der Niederdruck-Gasentladungslampe (7) und dem Bedruckstoff (9) weniger als 5 cm beträgt.