EP0830217A1 - Vorrichtung zum härten einer schicht auf einem substrat - Google Patents

Vorrichtung zum härten einer schicht auf einem substrat

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EP0830217A1
EP0830217A1 EP96919674A EP96919674A EP0830217A1 EP 0830217 A1 EP0830217 A1 EP 0830217A1 EP 96919674 A EP96919674 A EP 96919674A EP 96919674 A EP96919674 A EP 96919674A EP 0830217 A1 EP0830217 A1 EP 0830217A1
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EP
European Patent Office
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substrate
gas
housing
flushing
purge gas
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Georg Bolte
Lutz Nölle
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Nolle GmbH
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Noelle GmbH
Nolle GmbH
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    • F26B3/00—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat
    • F26B3/28—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by radiation, e.g. from the sun
    • F26B3/283—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by radiation, e.g. from the sun in combination with convection

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for hardening a layer applied to a substrate according to the preamble of claim 1 and claim 11.
  • the invention is concerned with the treatment of substances, in particular dyes, which, as a monomer, have a double bond which is to be polymerized by means of UV light. It is known to polymerize double bonds with electrons or cationically.
  • a dye requires a so-called photoinitiator.
  • This photoinitiator is used in excess so that the polymerization reaction, once started by UV light, does not stop because the dye radical reacts with the diradical oxygen. Accordingly, a relatively high concentration of the photoinitiator has been used so far, so that the probability for the dye radical to hit and be captured by an oxygen radical is relatively lower than the probability of hitting another monomer with a double bond and radicalizing it .
  • Central cylinder machines are known with which different colors are applied successively on a paper web or on a plastic film, each layer being dried before the next layer of color is applied.
  • UV Radiator used and cooled by air.
  • a UV lamp with an outside temperature of approximately 800 ° C. is cooled by sucking in air, which is led past the lamp.
  • a disadvantage of this construction is the constant generation of ozone, the movement of large quantities of dirt particles and the heating of air.
  • the technical problem of the invention is to provide a method and a device in which the amount of photoinitiators can be considerably reduced .
  • the dye which has a maximum of 20% photoinitiators, is applied to an aluminum or plastic film or paper web and cured / dried with the aid of UV light, two essential steps being followed.
  • the first step is that the film, which is usually very sensitive to heat and has a thickness of 10 to 50 microns, must be cooled during the UV radiation.
  • the present invention consists precisely in carrying out the second step, ie in carrying out the printing and drying / curing process in an atmosphere of purge gas. If inert gas is used, nitrogen or carbon dioxide is preferred.
  • the purge gas does not necessarily have to be an inert gas, but, depending on the layer to be hardened, can also be dry air, moist air or another reactive gas.
  • an inert gas can also be dry air, moist air or another reactive gas.
  • adhesives are applied to a paper web or a plastic or aluminum foil, they need water in order to be able to react and harden better.
  • a polyamide film tends to bind very strong moisture on the surface. Accordingly, the gas must be selected such that this film is dehumidified before the printing process, that is, before the ink is applied, so that the conditions are much more favorable than when the ink is applied to a monomolecular moisture film.
  • the proposal according to the invention can be used with great advantage particularly in the case of a flexographic printing cylinder machine operating at high speed, on which foils for food packaging, for example, are manufactured or where laminating is required.
  • a flexographic printing cylinder machine operating at high speed
  • foils for food packaging for example, are manufactured or where laminating is required.
  • the problem of the unpleasant odor which until then has been serious, is also eliminated by considerably reducing the photoinitiator, because the hardening / drying of the individual inks layers now in a protective atmosphere and done quickly.
  • the laminar flow, including oxygen can in particular also precede Entry of the substrate into the hardness stage in the form of the UV dryer can be replaced by nitrogen, the paint on the surface also being freed from the rapidly absorbed oxygen. According to the invention, it is therefore possible to dispense with over 80% of the photoinitiators required hitherto, so that there are also considerable cost savings in the UV-curing printing inks.
  • FIG. 2 shows a partial view of the outer side wall with the nozzle body arranged thereon.
  • a housing 1 with side walls 4, 5 is provided.
  • This housing is open at its lower end, which faces an impression cylinder 14, which is a hollow cylinder and the wall of which has coolant passages 17 through which water can flow, for example.
  • the side wall 5 defines a gap 8 with the cylinder surface
  • a gap 9 is provided in FIG. 1 on the right side between the side wall 4 of the housing 1 and the surface of the impression cylinder 14; the two gaps 8, 9 are approximately 2 mm wide in the exemplary embodiment shown.
  • the rotating cylinder transports a substrate which has been coated with a layer as a hardness stage before entering the housing 1.
  • Nozzle bodies are provided on the outer surfaces of the side walls 4, 5, gaps also being provided between these nozzle bodies 6a, 7a and the surface of the impression cylinder transporting the substrate, the width of which corresponds to the gaps 8, 9.
  • a reflector 2 which is curved in its upper region and directs the rays of a UV lamp 3 directly onto the continuous substrate in order to dry or harden the layer applied to the substrate. Both the housing 1 and the reflector 2 are penetrated with coolant channels 15, 16, so that these parts can be tempered or cooled if a cooling medium, preferably water, circulates through these channels 15, 16.
  • a cooling medium preferably water
  • a purge gas source Q which supplies or removes a purge gas from the hardening stage.
  • a flushing gas line 11 extends from the flushing gas source Q via a gas flow and quantity regulator 10 through an opening 12a in the upper wall of the housing and ends in a nozzle provided in the reflector 2.
  • the purging gas can thus flush the space below the reflector 2 and emerge from columns 8, 9.
  • a further purging gas line 12 extends from the gas flow and quantity regulator 10 to the nozzle body 6a, so that purging gas is likewise directed through the nozzle gap 6 onto the incoming substrate, the transport direction of which is indicated by an arrow in FIG. 1.
  • Another purging gas line 13 leads from the gas flow and quantity controller to the nozzle body 7a and is connected to a nozzle gap 7.
  • the purging gas can thus also act on the outlet side of the substrate, in particular on the layer applied to it.
  • the purging gas from the nozzle gap 7 has an additional effect in that it generates a negative pressure in the space surrounded by the reflector 2 and there Nes purge gas withdrawn from the outlet gap 9.
  • the size of this vacuum can be adjusted by the controller 10 and a valve V, which is arranged in the purge gas line 11.
  • Such a suction effect can also be exerted by the nozzle gap 6, from which purge gas is directed not only at the layer of the incoming substrate. It is preferred to design the nozzle gaps 6, 7 to be adjustable in their inflow angle, as described below.
  • the nozzle bodies 6a and 7a are each located on the outer surface of the side walls 4, 5, it is also possible to integrate these bodies into the side walls.
  • a nozzle body 7a is provided in the area of the lower section of the side wall 4, which acts at the same time as a light shield and is glued and screwed to the side wall.
  • the nozzle gap 7 results from the fact that a further nozzle body 18 is held on the nozzle body 7a by means of an adjusting screw, this adjusting screw having an enlarged head, the inner edge of which rests on a gradation of the nozzle body 18.
  • the width of the nozzle gap 7 is adjustable.
  • Purge gas is supplied to this nozzle gap 7 via a channel 20 which is in flow connection with the purge gas line 13. 2, the direction of movement of the substrate (not shown in detail) is indicated by an arrow 8, the substrate being guided through the gap 9 between the nozzle body and the impression cylinder.
  • the purging gas line 11 is switched to suction mode by switching the controller 10, while the two purging gas lines 12, 13 carry the purging gas to the nozzle body. conduct 6a, 7a.
  • the purge gas lines 11, 12 and 13 can work as a pressure or suction line.
  • V 80 m / min (web speed) 20% of the usual initiator concentration, low UV lamp output of approx. 50 W / cm> depositing of the ink on deflection rollers.
  • a relatively high direct angle of incidence means correspondingly high power yield of the UV light with the disadvantage of possible substrate heating, which, however, is compensated for by corresponding cylinder cooling.
  • the reflected rays are on a water-cooled reflector system. stem has been mirrored. At the same time, the housing is cooled and the interior can be filled with gas such as nitrogen.
  • the usual light shields for protecting the personnel are designed in the embodiment shown so that they work simultaneously as a gas nozzle.
  • the angle of attack of the gas nozzle can be adjusted depending on the substrate surface. Coverage by zone is also possible, e.g. need to use less gas with narrower substrate widths.
  • the gas supply is programmed in terms of control technology via the system mode.
  • the so-called light and gas flushing bar can be operated independently of the UV lamp unit, i.e. in front of a printing station to free a rough surface from oxygen before the paint application.
  • a gas purge e.g. before the UV lamp and a suction after the UV lamp allows the possibility of a regulated gas cycle, in which metering is carried out as required.
  • this example can e.g. be used with conditioned air (moisture content). This case is interesting in the case of a water-catalyzed reaction.
  • a photo initiator based on diazonium salt or also ammonium chromate (NJ 4 ) 2 Cr 2 O 7 is used in the production of coatings with polyvinyl alcohol dissolved in water or alternatively dissolved polyvinyl pyrrolidone.
  • the coating composition is applied, dried and exposed to UV exposure with a residual moisture in the film layer.
  • This reaction is strongly influenced by the residual moisture and the pH value in the film and takes place according to the invention by conditioning with a defined gas moisture and a defined CO 2 content, for example: in a nitrogen purge.
  • One area of application of this reaction is, for example, the manufacture of screens for color television tubes (literature:
  • Ammonia H 2 COOH, eg enriched in inert gas (N 2 ).
  • the use of gas supply or removal in the UV radiator is expedient with a combination of the regulation of the gas composition.
  • the amount of the purge gas which is pressure-controlled, supplied and discharged in the region of the hardness stage can be controlled as a function of the substrate speed and / or one or more measured variables.
  • the following may be mentioned as measured variables, for example: 5 a) Oxygen measurement on the substrate surface for regulating the amount of nitrogen. b) Determination of differential pressure to achieve a defined internal gas overpressure in the hardening room. c) Temperature measurement of the gas to determine the cooling effect and control of the purge gas quantities. d) Concentration measurements of chemical components in the purge gas, such as water vapor, CO 2 and others.
  • An application example is the achievement of a defined degree of gloss of varnishes by changing the lamp outputs of at least two UV lamps located one behind the other in the substrate running direction and the targeted change of the residual oxygen quantity during the respective lamp run.

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Description

Verfahren und Vorrichtung zum Härten einer Schicht auf einem Substrat
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Härten einer auf ein Substrat aufgetragenen Schicht nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 bzw. Anspruches 11.
Die Erfindung befaßt sich mit der Behandlung von Substanzen, insbesondere von Farbenstoffen, die als Monomer vorliegend eine Doppelbindung auf¬ weisen, die mittels UV-Licht polymerisiert werden soll. Es ist bekannt, Doppelbindungen mit Elektronen oder kationisch zu polymerisieren.
Damit die UV-Strahlung die Photoreaktion starten kann, wird in dem zu behandelnden Gemisch z. B. eines Farbstoffes ein sogenannter Photoinitiator benötigt. Dieser Photoinitiator wird in einem Überschuß verwendet, damit die einmal durch UV-Licht gestartete Polymerisationsreaktion nicht dadurch abbricht, daß das Farbstoffradikal mit dem Diradikal Sauerstoff reagiert. Dementsprechend wird bislang mit einer relativ hohen Konzentration des Photoinitiators gearbeitet, damit die Wahrscheinlichkeit für das Farbstoff¬ radikal, ein Sauerstoffradikal zu treffen und von diesem eingefangen zu werden, relativ geringer wird gegenüber der Wahrscheinlichkeit, ein weiteres Monomer mit Doppelbindung zu treffen und dieses zu radikalisieren.
Es sind Zentralzylindermaschinen bekannt, mit denen auf einer Papierbahn oder auf einer Kunststoffolie nacheinander verschiedene Farben aufgetragen werden, wobei jede Schicht getrocknet wird, bevor die nächste Farbschicht aufgetragen wird. Zum Trocknen dieser einzelnen Farbschichten werden UV- Strahler eingesetzt und mittels Luft gekühlt. Hierbei wird eine UV-Lampe mit einer Außentemperatur von ca. 800°C durch Ansaugen von Luft ge¬ kühlt, welche an der Lampe vorbeigeführt wird. Nachteilig bei dieser Kon¬ struktion ist die stetige Erzeugung von Ozon, die Bewegung von großen Mengen Schmutzpartikeln und die Erwärmung von Luft. Außerdem -besteht die Gefahr eine kritischen Erwärmung des beschichteten Substrates, was ins¬ besondere bei wärmeempfindlichen Kunststoffolien zu schweren Mängeln führen kann.
Abänderungen des bekannten Kühlsystems durch Wasserkühlung um bzw. vor der UV-Lampe führen zu Leistungsverlusten. Inzwischen sind Konstruktionen mit wassergekühltem Gehäuse und Reflektor und gegebenenfalls auch mit wassergekühltem Gegendruckzylinder erfolgreich im Einsatz. Diese Bauweise ist zwar wärmetechnisch nutzbar, es werden keine Schmutzpartikel bewegt und kein Ozon erzeugt, jedoch ist bei einer die UV-Lampe umhüllenden Wasserkühlung mit starken Leistungseinbußen zu rechnen.
Da gerade die Photoinitiatoren den Nachteil aufweisen, einerseits einen relativ starken Eigengeruch zu haben, andererseits auch recht teuer zu sein, besteht das technische Problem der Erfindung darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, bei dem die Menge an Photoinitiatoren beträcht¬ lich herabgesetzt werden kann.
Die Lösung dieses Problems ergibt sich gemäß der Erfindung mit einem Verfahren nach Anspruch 1 und mit einer Vorrichtung nach Anspruch 10.
Erfindungsgemäß wird im Falle von Druckfarbe der nur maximal 20% Photoinitiatoren aufweisende Farbstoff auf eine Aluminium- oder Kunststoff- Folie bzw. Papierbahn aufgetragen und mit Hilfe von UV-Licht gehärtet/- getrocknet, wobei zwei wesentliche Schritte befolgt werden. Der erste Schritt besteht darin, daß die Folie, die in der Regel sehr wärmeempfindlich ist und eine Dicke von 10 bis 50 μm aufweist, während der UV-Bestrahlung gekühlt werden muß. Andererseits besteht die vorliegende Erfindung gerade darin, den zweiten Schritt durchzuführen, d. h. den Druck- und Trocknungs- /Härtungsvorgang in einer Atmosphäre von Spülgas vorzunehmen. Falls Inertgas eingesetzt wird, wird Stickstoff oder Kohlendioxid bevorzugt.
Das Spülgas muß nicht notwendigerweise ein Inertgas sein, sondern kann in Abhängigkeit von der zu härtenden Schicht auch trockene Luft, feuchte Luft oder ein anderes reaktives Gas sein. Beispielsweise gibt es chemische Systeme, die nicht gegen Sauerstoff, jedoch gegen Feuchtigkeit empfindlich sind. Wenn andererseits beispielsweise Kleber auf eine Papierbahn oder eine Kunststoff- bzw. Aluminiumfolie aufgetragen sind, benötigen diese Wasser, um besser reagieren und härten zu können. Eine Polyamid-Folie andererseits neigt dazu, an der Oberfläche sehr starke Feuchtigkeit zu binden. Demzufol¬ ge muß dann das Gas derart gewählt werden, daß diese Folie vor dem Druckvorgang, also vor dem Auftragen der Farbe entfeuchtet wird, so daß wesentlich günstigere Bedingungen vorhanden sind, als wenn die Farbe auf einen monomolekularen Feuchtigkeitsfilm aufgetragen wird.
Der erfindungsgemäße Vorschlag ist insbesondere bei einer mit hoher Ge¬ schwindigkeit arbeitenden Flexodruck-Zylindermaschine mit großem Vorteil anwendbar, auf welcher beispielsweise Folien für die Lebensmittelverpackung fertiggestellt werden oder wo kaschiert werden muß. Es läßt sich nicht nur eine ausgezeichnete Haftung von Farbe auf Papier/Kunststoff- oder Alumini¬ umfolien erreichen, sondern das bis dahin schwerwiegende Problem des unangenehmen Geruchs wird durch beträchtliche Herabsetzung des Photoini¬ tiators ebenfalls beseitigt, weil das Härten/Trocknen der einzelnen Farb¬ schichten nunmehr in einer Schutzatmosphäre und schnell erfolgt. Die Laminarströmung einschließlich Sauerstoff kann insbesondere auch vor Einlauf des Substrats in die Härtestufe in der Form des UV-Trockners durch Stickstoff ersetzt werden, wobei die Farbe an der Oberfläche auch von dem schnell aufgenommenen Sauerstoff befreit wird. Erfindungsgemäß kann also auf über 80% der bislang benötigten Photoinitiatoren verzichtet werden, so daß sich auch erhebliche Kosteneinsparungen bei den UV-härtenden Druck¬ farben ergeben.
Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen anhand der bei¬ gefügten Zeichnung näher erläutert:
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 schematisch in Achsrichtung eines das beschichtete Substrat transportierenden Zylinders gesehen eine Vorrichtung zum Härten einer Schicht auf dem Substrat,
Fig. 2 eine Teilansicht der äußeren Seitenwand mit an ihr angeord¬ netem Düsenkörper.
Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist ein Gehäuse 1 mit Seitenwänden 4, 5 vor¬ gesehen. Dieses Gehäuse ist an seinem unteren Ende offen, welches zu einem Gegendruckzylinder 14 weist, der ein Hohlzylinder ist und dessen Wand Kühlmitteldurchgänge 17 aufweist, durch welches beispielsweise Wasser strömen kann. Während die Seitenwand 5 mit der Zylinderoberfläche einen Spalt 8 definiert, ist in Fig. 1 auf der rechten Seite zwischen der Seitenwand 4 des Gehäuses 1 und der Oberfläche des Gegendruckzylinders 14 ein Spalt 9 vorgesehen; die beiden Spalte 8, 9 sind in dem gezeigten Ausführungsbeispiel ungefähr 2 mm breit. Der rotierende Zylinder trans¬ portiert ein Substrat, welches vor Einlauf in das Gehäuse 1 als Härtestufe mit einer Schicht beschichtet worden ist. An den Außenflächen der Seitenwände 4, 5 sind Düsenkörper vorgesehen, wobei zwischen diesen Düsenkörpern 6a, 7a und der Oberfläche des das Substrat transportierenden Gegendruckzylinders ebenfalls Spalte vorgesehen sind, die in ihrer Breite den Spalten 8, 9 entsprechen.
Innerhalb des Gehäuses 1 befindet sich ein Reflektor 2, der in seinem oberen Bereich gewölbt ist und die Strahlen einer UV-Lampe 3 direkt auf das durchlaufende Substrat richtet, um die auf das Substrat aufgetragene Schicht zu trocknen bzw. zu härten. Sowohl das Gehäuse 1 als auch der Reflektor 2 sind mit Kühlmittelkanälen 15, 16 durchsetzt, so daß diese Teile temperiert bzw. gekühlt werden können, wenn durch diese Kanäle 15, 16 ein Kühlmedium, vorzugsweise Wasser, zirkuliert.
Es ist eine Spülgasquelle Q vorgesehen, welche der Härtestufe ein Spülgas zuführt bzw. von ihr abführt. Zu diesem Zweck erstreckt sich eine Spül¬ gasleitung 11 von der Spülgasquelle Q über einen Gasströmungs- und Mengenregler 10 durch eine Öffnung 12a in der Gehäuseoberwand und endet in einer im Reflektor 2 vorgesehenen Düse. Damit kann das Spülgas den Raum unterhalb des Reflektors 2 durchspülen und aus Spalte 8, 9 austreten. Weiterhin erstreckt sich von dem Gasströmungs- und Mengenregler 10 eine weitere Spülgasleitung 12 zu dem Düsenkörper 6a, so daß durch den Düsen¬ spalt 6 ebenfalls Spülgas auf das einlaufende Substrat gerichtet wird, dessen Transportrichtung in Fig. 1 mit einem Pfeil angedeutet ist.
Eine weitere Spülgasleitung 13 führt vom Gasströmungs- und Mengenregler zum Düsenkörper 7a und steht in Verbindung mit einem Düsenspalt 7. Somit kann das Spülgas auch an der Auslaufseite des Substrats auf letzteres, insbesondere auf dessen aufgetragene Schicht einwirken. Das Spülgas aus dem Düsenspalt 7 hat eine zusätzliche Wirkung, indem es in dem von dem Reflektor 2 umgebenen Raum einen Unterdruck erzeugt und dort Vorhände- nes Spülgas aus dem Auslaufspalt 9 abzieht. Die Größe dieses Unterdruckes läßt sich vom Regler 10 und einem Ventil V einstellen, welches in der Spülgasleitung 11 angeordnet ist. Eine derartige Saugwirkung kann auch von dem Düsenspalt 6 ausgeübt werden, aus welchem Spülgas nicht nur auf die Schicht des einlaufenden Substrates gerichtet wird. Es ist bevorzugt, die Düsenspalte 6, 7 in ihrem Anströmwinkel verstellbar zu gestalten, wie dies unten beschrieben ist. Obwohl in dem gezeigten Ausführungsbeispiel die Düsenkörper 6a und 7a sich jeweils an der Außenfläche der Seitenwände 4, 5 befinden, ist es auch möglich, diese Körper in die Seitenwände zu inte- grieren.
Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist im Bereich des unteren Abschnittes der Seitenwand 4 ein Düsenkörper 7a vorgesehen, welcher gleichzeitig als Lichtschutzblende wirkt und mit der Seitenwand verklebt und verschraubt ist. Der Düsenspalt 7 ergibt sich dadurch, daß ein weiterer Düsenkörper 18 mit Hilfe einer Einstellschraube an dem Düsenkörper 7a gehalten ist, wobei diese Einstellschraube einen vergrößerten Kopf aufweist, dessen Innenrand an einer Abstufung des Düsenkörpers 18 anliegt. Je nach Einschraubtiefe der Einstellschraube 19 ist der Düsenspalt 7 in seiner Breite verstellbar. Diesem Düsenspalt 7 wird Spülgas über einen Kanal 20 zugeführt, der mit der Spülgasleitung 13 in Strömungsverbindung ist. In Fig. 2 ist die Bewegungs¬ richtung des im einzelnen nicht gezeigten Substrats durch einen Pfeil 8 angedeutet, wobei das Substrat durch den Spalt 9 zwischen Düsenkörper und Gegendruckzylinder geführt wird.
Wenn es gewünscht ist, Spülgas über das Substrat zu richten und es ab¬ schließend aus dem Raum unterhalb des Reflektors abzusaugen, wird durch Umschaltung des Reglers 10 die Spülgasleitung 11 auf Saugbetrieb gestellt, während die beiden Spülgasleitungen 12, 13 das Spülgas zu den Düsenkör- pern 6a, 7a leiten. Mit anderen Worten ist es je nach Wahl und in Ab- hängigkeit von dem zu behandelnden Substrat möglich, die Spülgasleitungen 11 , 12 und 13 als Druck- bzw. Saugleitung arbeiten zu lassen.
Beispiel
Die Reduktion der üblichen Fotoinitiatoranteile auf ca. 20% bedeutet im Normalfall eine ungenügende Vernetzungsreaktion der Druckfarbe. Ist jedoch der Sauerstoff der Luft (ca. 24%) durch Stickstoff (ca. 75%) zum größten Teil verdrängt, so stehen der Polymerisationsreaktion der Fotoinitiator/Binde- mittelkombination keine äußerst reaktiven Moleküle zur Verfügung. Da bei der UV-Farbenrezeptierung mit Sauerstoffängern gearbeitet werden muß, erübrigt sich das weitgehend bei einer Sauerstoffreduktion.
a) V = 80 m/Min (Bahngeschwindigkeit) 20% der üblichen Initiatorkon- zentration, geringe UV-Lampenleistung von ca. 50 W/cm > Able¬ gen der Farbe auf Umlenkwalzen.
b) gleiche Bedingungen, jedoch mit einer Stickstoffspülung zwischen Druck¬ farbenauftrag und UV-Bestrahlung > durchgehärtet, kein Ablegen auf Umlenkwalzen feststellbar. (Bahngeschwindigkeit).
Die beiden vergleichenden Versuche zeigen ein großes Einsparungspotential für den teuersten Rezepturbaustein (Initiator), Reduktion der Geruchsbeein¬ flussungen und eine bessere Vernetzung mit geringerer Migrationsneigung.
Ein relativ hoher direkter Einstrahlungswinkel bedeutet entsprechend hohe Leistungsausbeute des UV-Lichtes mit dem Nachteil der möglichen Sub¬ straterwärmung, die aber durch entsprechende Zylinderkühlungen ausgeglichen wird. Die reflektierten Strahlen sind an einem wassergekühlten Reflektorsy- stem gespiegelt worden. Gleichzeitig wird das Gehäuse gekühlt und der Innenraum kann mit Gas wie z.B. Stickstoff gefüllt werden.
Die üblichen Lichtblenden zum Schutz des Personals sind bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel so ausgelegt, daß sie gleichzeitig als Gasdüse arbeiten. Zur Erzielung eines "Schäleffektes" ist je nach Substratoberfläche der An¬ stellwinkel der Gasdüse verstellbar. Weiterhin ist eine zonenweise Abdeckung möglich, um z.B. bei schmaleren Substratbreiten weniger Gas einsetzen zu müssen. Die Gaszufuhr wird regelungstechnisch über die Anlagenfahrweise programmiert. Die sogenannte Licht- und Gasspülleiste kann unabhängig von der UV-Strahlereinheit betrieben werden, d.h. vor einer Druckstation zur Befreiung einer rauhen Oberfläche von Sauerstoff vor dem Farbauftrag.
Die Kombination einer Gasspülung z.B. vor dem UV-Strahler und einer Absaugung nach dem UV-Strahler läßt die Möglichkeit eines geregelten Gaskreislaufes zu, bei dem nach Bedarf zudosiert wird. Dieses Beispiel kann erfindungsgemäß z.B. bei einer konditionierten Luft (Feuchtigkeitsgehalt) eingesetzt werden. Interessant ist dieser Fall bei einer wasserkatalysierten Reaktion.
Als weitere Beispiele für die bezielte Anwendung von Begasungsreaktionen seien erwähnt:
1. PVA / Wasser / Ammoniumchromat.
Bei der Herstellung von Beschichtungen mit in Wasser gelöstem Polyviny- lalkohol oder auch alternativ gelöstes Polyvinylpyrrolidon wird ein Fotoi¬ nitiator auf der Basis Diazoniumsalz oder auch Ammoniumchromat (NJ4)2 Cr2O7 eingesetzt. Die Beschichtungsmasse wird aufgetragen, getrocknet und mit einer Restfeuchte in der Filmschicht einer UV-Belichtung ausgesetzt. Diese Reaktion wird stark von der Restfeuchte- und dem pH-Wert im Film beeinflußt und erfolgt erfindungsgemäß durch eine Konditionierung mit definierter Gasfeuchte und einem definierten CO2-Gehalt z.B: in einer Stickstoffspülung. Ein Anwendungsgebiet dieser Reaktion ist z.B. die Her- s Stellung von Bildschirmen für Farbfernsehröhren (Literatur:
1. G. Bolte in Farbe und Lack, 88. Jahrgang 7/1982, S. 528-533;
2. J.C. Colbert, Modern Coating Technologie, Noyes Data Corp., 1982, S. 128 ff.)
0 2. Weitere Gasspülungsmöglichkeiten können Reaktionsverstärkungen bzw. - absicherungen durch z.B. gezielte pH-Wert-Einstellung sein: Isocyanatreaktion
Isocyanate (Festphase) + Alkohole (Dampfphase) >
Polyurethane 5 pH-Wert-Einstellung:
Ammoniak, H2COOH, z.B. in Inertgas (N2) angereichert.
Für diese Varianten ist die Nutzung der Gaszu- bzw. -abfuhr im UV-Strah¬ ler sinnvoll mit einer Kombination der Regelung der Gaszusammensetzung. 0
Die Menge des in dem Bereich der Härtestufe druckgeregelten, zugeführten und wieder abgeführten Spülgases kann in Abhängigkeit von der Substratge¬ schwindigkeit und/oder von einer oder mehreren Meßgrößen gesteuert wer¬ den. Als Meßgrößen seien beispielsweise folgende erwähnt: 5 a) Sauerstoffmessung an der Substratoberfläche zur Regelung der Stickstoff¬ menge. b) Differenzdruckbestimmung zur Erzielung eines definierten Innengasüber- druckes im Härtungsraum. c) Temperaturmessung des Gases zur Bestimmung der Kühlwirkung und dazu Regelung der Spülgasmengen. d) Konzentrationsmessungen chemischer Bestandteile im Spülgas, wie Wasserdampf, CO2 und andere.
Ein Anwendungsbeispiel ist die Erzielung eines definierten Glanzgrades von Lacken durch Veränderung von Lampenleistungen von mindestens zwei in Substratlaufrichtung hintereinanderliegender UV-Lampen und der gezielten Veränderung der Restsauerstoffmenge beim jeweiligen Lampendurchlauf.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Härten einer Druckfarben-, Lack-, Kleber- oder Silikon- Schicht, die auf eine aus Papier, Glas, Kunststoff, Holz oder Metall bestehende Substratoberfläche aufgetragen ist, wobei die Schicht auf dem in einer Härtestufe geführten Substrat einer Bestrahlung mit ultraviolet¬ tem Licht unter Spülung des UV-Lampenraumes mit Gas und/oder Aerosol unterworfen wird und das Substrat gleichzeitig temperiert, vorzugsweise gekühlt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat im Bereich der Härtestufe an einem Kühlmedium anliegt, von dessen Oberfläche Wärme kontinuierlich abgezogen wird und somit das Substrat ebenfalls gekühlt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlvor¬ richtung ein Zentralzy linder verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Gas und/oder Aerosol vor Auftreffen auf die Substratoberfläche temperiert, insbesondere gekühlt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wär- meabzug durch Wasser als Kühlmedium erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Gas/- Aerosol im Bereich der Härtestufe an wenigstens einer definierten Stelle
ERSATZBLA17 (REGEL 26) kontinuierlich in einen das Substrat umgebenden Raum gepumpt und nach Überströmen des Substrats wieder abgeführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Spülgas ein Inertgas, insbesondere Stickstoff ist.
8. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß als Spülgas CO?, trockene Luft, befeuchtete Luft, ein Edelgas oder chemische reaktive Substanzen eingesetzt werden.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des in dem Bereich der Härtestufe druckgeregelten, zugeführten und wieder abgeführten Spülgases in Abhängigkeit von der Substratgeschwin¬ digkeit und/oder einer oder mehrerer Meßgrößen gesteuert wird.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das abgeführte Spülgas nach partieller Zumischung frischen Gases wieder dem Bereich der Härtestufe zugeführt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel und der Querschnitt des Spülgasaustritts aus der Härtestufe und des Spülgaseintritts in die Härtestufe zum durchlaufenden Substrat veränder¬ bar sind.
12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 , mit einem Gehäuse, welches im Bereich der ihm zugewandten Oberfläche eines beschichteten Substrats aus Papier, Kunststoff, Glas, Holz oder Metall, welches mit Druckfarben, Lack, Silikon bzw. einem Kleber beschichtet ist, offen ist und letzteren unter Beibehaltung seitlicher Spalte als Substrateinlauf und Substratablauf abdeckt, und mit einer
ERSATZBLAπ (REGEL 26) innerhalb des Gehäuses angeordneten UV-Lampe mit einem Reflektor, welcher das UV-Licht auf das durchlaufende Substrat richtet, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Spülgasleitung (11) einerseits mit einer Spülgasquelle (Q) und einem Gasströmrichtungs- und Mengenregler s (10) und andererseits mit dem Innenraum des Gehäuses (1) über eine
Düse (12) verbunden ist, daß neben dem Substrateinlaufspalt (8) und dem Substratauslaufspalt (9) vorzugsweise mit Wasser gekühlte Spülgas¬ düsen (6,7) vorgesehen sind, deren Strömungsrichtungswinkel in Bezug auf das durchlaufende Substrat einstellbar sind und welche in Strö- 0 mungsverbindung mit dem Regler (10) stehen und daß eine Temper¬ iervorrichtung (17) zum Kühlen des durchlaufenden Substrats vorgesehen ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Spül- 5 gasdüsen (6, 7) über Leitungen (12, 13) mit dem Regler (10) verbun¬ den sind und sich außerhalb des Gehäuses (1) befinden, so daß eine Gasspülung des Substrats auch vor und nach dem Substratdurchlauf erfolgt.
0 14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Spül¬ gasdüsen (6, 7) als Lichtschutzblenden vorgesehen sind, die an den Au¬ ßenseiten der freien Enden der Gehäuseseitenwänden (4, 5) verstellbar angeordnet sind.
25 15. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Spül¬ gasdüsen (6, 7) in den Gehäuseseitenwänden (4, 5) vorgesehen sind.
16. Vorrichtung nach Anspruch 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasleitungen (11 , 12, 13) von dem Regler (10) wahlweise als Gas- 30 absaugleitungen oder Gaszuführleitungen schaltbar sind.
ERSATZBLÄTT (REGEL 26) 17. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse (1), dem Reflektor (2) und dem Temper ier-/Transportkörper (14) Kühlkanäle (15, 16,
17) vorgesehen sind.
18. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Bestandteil einer Zentralzylindermaschine am Umfang eines Zentral- zylinders angeordnet und jeweils einem Auftragswerk (Druckwerk) nach- bzw. vorgeschaltet ist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäu¬ se (1) eine wassergekühlte Shutterklappe vorgesehen ist, die zwischen der UV-Lampe und dem Substrat verfahrbar ist.
ERSATZBLÄΓT (REGEL 26)
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