EP4681927A1 - Verfahren zum drucken mit einer inkjetdruckmaschine unter inertgasatmosphäre - Google Patents

Verfahren zum drucken mit einer inkjetdruckmaschine unter inertgasatmosphäre

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Publication number
EP4681927A1
EP4681927A1 EP24189065.6A EP24189065A EP4681927A1 EP 4681927 A1 EP4681927 A1 EP 4681927A1 EP 24189065 A EP24189065 A EP 24189065A EP 4681927 A1 EP4681927 A1 EP 4681927A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
inert gas
ink
substrate
atmosphere
light source
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24189065.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Kohlmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Heidelberger Druckmaschinen AG
Original Assignee
Heidelberger Druckmaschinen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Heidelberger Druckmaschinen AG filed Critical Heidelberger Druckmaschinen AG
Priority to EP24189065.6A priority Critical patent/EP4681927A1/de
Publication of EP4681927A1 publication Critical patent/EP4681927A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J11/00Devices or arrangements  of selective printing mechanisms, e.g. ink-jet printers or thermal printers, for supporting or handling copy material in sheet or web form
    • B41J11/0015Devices or arrangements  of selective printing mechanisms, e.g. ink-jet printers or thermal printers, for supporting or handling copy material in sheet or web form for treating before, during or after printing or for uniform coating or laminating the copy material before or after printing
    • B41J11/002Curing or drying the ink on the copy materials, e.g. by heating or irradiating
    • B41J11/0021Curing or drying the ink on the copy materials, e.g. by heating or irradiating using irradiation
    • B41J11/00214Curing or drying the ink on the copy materials, e.g. by heating or irradiating using irradiation using UV radiation
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41MPRINTING, DUPLICATING, MARKING, OR COPYING PROCESSES; COLOUR PRINTING
    • B41M7/00After-treatment of prints, e.g. heating, irradiating, setting of the ink, protection of the printed stock
    • B41M7/0081After-treatment of prints, e.g. heating, irradiating, setting of the ink, protection of the printed stock using electromagnetic radiation or waves, e.g. ultraviolet radiation, electron beams
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J11/00Devices or arrangements  of selective printing mechanisms, e.g. ink-jet printers or thermal printers, for supporting or handling copy material in sheet or web form
    • B41J11/0015Devices or arrangements  of selective printing mechanisms, e.g. ink-jet printers or thermal printers, for supporting or handling copy material in sheet or web form for treating before, during or after printing or for uniform coating or laminating the copy material before or after printing
    • B41J11/002Curing or drying the ink on the copy materials, e.g. by heating or irradiating
    • B41J11/0021Curing or drying the ink on the copy materials, e.g. by heating or irradiating using irradiation
    • B41J11/00218Constructional details of the irradiation means, e.g. radiation source attached to reciprocating print head assembly or shutter means provided on the radiation source

Definitions

  • the invention relates to a method for printing with an inkjet printing machine, the use of a UV LED lamp in an inkjet printing machine for curing UV ink, and an inkjet printing machine configured for the method according to the invention.
  • inkjet printing in which inkjet ink is applied to a substrate via print nozzles.
  • Inkjet inks used for this purpose are typically divided into water-based and UV inks. After printing, water-based inks are usually cured thermally using hot air and infrared light. UV inks are typically cured or hardened by exposure to UV light or electron beam radiation.
  • CMYK cyan, magenta, yellow, and black
  • UV ink it has proven advantageous to cure the UV ink with UV light after each printing station, a process also known as pinning in the prior art, and then, after all desired colors have been applied, to perform a final curing with high-intensity UV radiation. This results in a finished printed product that no longer smudges and can be used as intended.
  • Pinning prevents the UV ink from running on the substrate as it passes through the inkjet printing machine. Pinning only partially cures or hardens the UV ink. High-intensity UV radiation is not required for this; for example, LED-based UV lamps can be used. Final curing, on the other hand, typically uses high-intensity UV light sources such as high-energy mercury vapor lamps or other UV emitters.
  • UV inks can be cured so completely with UV radiation from pinning light sources that no separate final curing is required when irradiation is carried out in an inert gas atmosphere.
  • the inert gas atmosphere can also be understood as one in which the predominant gas atmosphere, usually air, has been depleted of oxygen by displacing the oxygen content of the air with the inert gas. It is assumed that the inventive method works successfully because oxygen has a disruptive influence on the curing reaction, and its presence is significantly reduced under the conditions of the inert gas atmosphere during the curing step.
  • the radiation from UV LED light sources which are commonly used for pinning, can ideally be used for complete curing when the radiation from these light sources is applied under an inert gas atmosphere.
  • EP 1 473 341 A1 It discloses an inkjet printing process in which UV ink is cured under a nitrogen atmosphere. Curing with UV LED lamps in pinning mode is not described therein.
  • EP 3 795 934 A1 This document discloses the UV curing of UV ink under an inert gas atmosphere to reduce the migration of low-molecular-weight ink components. A single-stage UV curing process under an inert gas atmosphere is not described therein.
  • the present invention relates to a method for printing with an inkjet printing machine having at least two printing stations, wherein a substrate is successively printed with UV ink in each of the at least two printing stations and after each of the at least two printing stations a curing step is carried out by irradiating the UV ink printed onto the substrate by the respective printing station with UV radiation from at least one UV light source, wherein in at least one curing step the irradiation of the UV ink printed onto the substrate with UV radiation from the at least one UV light source takes place in a gas atmosphere enriched with inert gas.
  • the inventive method offers several advantages.
  • the use of a final dryer is eliminated, saving space and maintenance.
  • the use of mercury vapor lamps, which are increasingly undesirable from an environmental perspective, is also eliminated.
  • the energy consumption of the inkjet printing press can be reduced by omitting the final dryer. Less heat is generated in the inkjet printing press, eliminating the need for complex heat dissipation. Despite this reduction, printed products of high optical quality are still obtained, and they do not smudge when used as intended.
  • the UV ink printed on the substrate is irradiated with UV radiation from at least one UV light source in an inert gas-enriched atmosphere at each curing step.
  • the method according to the invention relates to a printing method using an inkjet printing machine with at least two printing stations, wherein a substrate is successively printed with UV ink in each of the at least two printing stations, and after each of the at least two printing stations, a curing step is carried out by irradiating the UV ink printed on the substrate by the respective printing station with UV radiation from at least one UV light source, wherein the UV ink printed on the substrate is irradiated with UV radiation at each curing step. from which at least one UV light source takes place in a gas atmosphere enriched with inert gas.
  • each curing step in the inert gas-enriched atmosphere leads to a substantially complete curing of the UV ink printed onto the substrate by the respective printing station. After substantially complete curing, the UV ink no longer rubs off or smudges.
  • the UV ink whose curing step takes place in an inert gas-enriched atmosphere, is a UV ink that exhibits a strong tendency to spread.
  • the phenomenon of spreading is known in principle to those skilled in the art. Spreading causes the ink droplets to undesirably spread across the substrate, so that the desired printed image, which is composed of the individual ink droplets, can have optical defects. For example, the printed image may then appear blurred or indistinct to the viewer.
  • the UV ink is therefore generally pre-cured, i.e., partially cured, to prevent spreading.
  • final UV curing takes place in the inkjet printing press using high-energy UV dryers to achieve substantially complete curing of the UV inks.
  • UV inks suitable for the process according to the invention are not particularly limited. In principle, all UV inks described in the prior art that can be cured by irradiation with UV radiation are suitable for the process according to the invention. In the process according to the invention, inks containing one or more photoinitiators are preferably used. Such UV inks are generally known to those skilled in the art. They are liquid, reactive, UV-curable compositions with one or more colorants that can be ejected in inkjet printing presses through the printhead nozzles onto substrates such as paper, cardboard, or film.
  • a curing reaction can be initiated in UV ink by electron radiation, which involves a reaction of the unsaturated monomers it contains.
  • UV inks typically contain one or more photoinitiators that trigger the curing reactions.
  • thermally drying inks are known to those skilled in the art. These contain larger proportions of water or other solvents and dry essentially by evaporation of the solvent during treatment with infrared radiation and/or hot air.
  • the at least one UV light source is selected from UV LED lamps.
  • UV LED lamps are generally known to those skilled in the art. They are radiation sources based on light-emitting diodes (LEDs) that exhibit a comparatively high proportion of radiation in the ultraviolet (UV) wavelength range, i.e., less than 400 nm, in their emitted radiation spectrum.
  • LEDs light-emitting diodes
  • the at least one UV light source is operated in pinning mode. This means that the at least one UV light source is operated in a mode commonly used in the prior art for pinning UV ink in inkjet printing presses. This is distinct from operating a UV light source in UV end dryers of inkjet printing presses, where very high radiation densities are generated.
  • the at least one UV light source is selected from UV LED pinning modules.
  • UV LED pinning modules are known in principle to those skilled in the art and are commercially available.
  • UV LED pinning modules comprise several UV light-emitting diodes (LEDs) that emit a comparatively high proportion of radiation in the ultraviolet (UV) wavelength range when an electrical voltage is applied.
  • UV LED pinning modules are used in inkjet printing machines to cure (pin) the printed UV inks. Because curing or pinning requires only comparatively low radiation densities, UV LED pinning modules are not designed to achieve particularly high radiation densities such as those of UV end dryers.
  • the duration of each hardening step in the gas atmosphere enriched with inert gas is in the range of 1 to 1000 ms, preferably in the range of 5 to 500 ms.
  • the irradiation energy of the at least one UV light source during the curing step in the inert gas enriched gas atmosphere is in the range of 10 to 400 mJ/ cm2 , preferably in the range of 20 to 300 mJ/ cm2 .
  • the inert gas is nitrogen, argon, or mixtures thereof. In a particularly preferred embodiment, the inert gas is nitrogen.
  • the gas atmosphere enriched with inert gas comprises a proportion of the inert gas, preferably nitrogen, of at least 80 vol.% or particularly preferably at least 90 vol.%, based on the total gas atmosphere enriched with inert gas.
  • an inert gas atmosphere is created only in the areas downstream of the printing stations where the curing steps take place. This allows the amount of inert gas, preferably nitrogen, used to be reduced.
  • the inert gas atmosphere is generated in larger, contiguous areas inside the inkjet printing machine. In this case, the printing and curing steps can also take place in the same inert gas atmosphere.
  • the inert gas atmosphere is preferably generated by displacing the prevailing gas atmosphere, usually air.
  • the inert gas flows continuously from a reservoir, preferably a gas cylinder, into a partially enclosed cavity and displaces the air.
  • the gas atmosphere predominating within is typically air.
  • the inert gas-enriched atmosphere is provided in the form of a so-called gas curtain in the process according to the invention.
  • the inert gas is preferably allowed to flow continuously at increased pressure in the ambient atmosphere, typically air, onto the target location on the substrate. This approach also displaces the oxygen in the ambient air at the desired target location on the substrate and generates the inert gas-enriched atmosphere required according to the invention.
  • the inert gas-enriched atmosphere can, on the one hand, be created locally on the substrate in those areas where the curing steps take place.
  • an inert gas-enriched atmosphere can also be created throughout the entire interior of the inkjet printing machine, thereby including the areas where the curing steps take place.
  • UV ink of a different color is used in each of the at least two printing stations.
  • the UV inks are selected from cyan, magenta, yellow, and black (CMYK).
  • the UV ink used in the inventive method comprises one or more photoinitiators.
  • Photoinitiators for UV inks are generally known to those skilled in the art and are commercially available. These decompose upon irradiation with UV light into reactive compounds that initiate the curing reaction of the UV ink.
  • the substrate is selected from paper, cardboard, and film. In another preferred embodiment, the substrate is selected from sheet-shaped and web-shaped substrates. It is also possible to print substrates in the form of objects such as helmets, footballs, or the like using the method according to the invention, provided that the inkjet printing machine used is designed for printing such objects.
  • no additional final hardening by at least one final dryer is provided after the last of the at least two printing stations.
  • no final dryer is provided, which is selected from final dryers based on mercury vapor lamps and UV LED final dryers.
  • the present invention also relates to the use of at least one UV LED lamp in an inkjet printing machine for curing at least one UV ink on a substrate in the presence of an inert gas enriched gas atmosphere, wherein the at least one UV LED lamp is operated in pinning mode.
  • the present invention also relates to an inkjet printing machine configured for the method according to the invention.
  • the inkjet printing machine according to the invention has several printing stations, with a curing station provided downstream of each printing station.
  • a substrate can be cured in the presence of an inert gas-enriched gas atmosphere by irradiation with UV light from a UV light source, preferably UV light from one or more UV LED pinning modules.
  • no final dryer is provided downstream of the last printing station in the inkjet printing machine according to the invention.
  • Figure 1 schematically shows a preferred embodiment of the method according to the invention.
  • a substrate (3) is provided and introduced into the inkjet printing machine (1).
  • the first printing station (2) which consists of several adjacent inkjet printheads, each with numerous print nozzles, the substrate is produced by ejecting...
  • Cyan UV ink (4) is printed from the print nozzles onto the substrate (3).
  • the first curing step takes place, in which the newly printed UV ink (4) is irradiated with UV light from a UV light source (5), here several UV LED pinning modules, in an inert gas-enriched gas atmosphere (6), in this case a nitrogen atmosphere generated by supplying gaseous nitrogen from a gas cylinder.
  • the UV LED pinning modules are operated in pinning mode, meaning they emit comparatively low radiation energy.
  • the printed substrate (3) is transferred to the next printing station (2), which again consists of several inkjet printheads, each with numerous print nozzles.
  • the substrate (3) is printed with magenta UV ink (4).
  • the second curing step follows, in which the UV ink (4), in this case magenta, is cured again in the presence of an inert gas atmosphere (6) by irradiation with a UV light source (5) in the form of several UV LED pinning modules.
  • the UV ink (4) is already completely cured on the substrate (3).
  • the finished printed substrate (3) can accordingly be discharged from the inkjet printing machine (1) and stacked directly without color transfer, used commercially as intended or transferred to a further processing machine such as a folding machine.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Drucken mit einer Inkjetdruckmaschine beschrieben, bei dem man die verwendete UV-Tinte in Gegenwart einer mit Inertgas angereicherten Gasatmosphäre durch Bestrahlen mit UV-Strahlung härtet. Als UV-Strahlungsquelle können herkömmliche UV-LED-Pinningmodule verwendet werden, deren Strahlung unter diesen Voraussetzungen ausreichend für eine vollständige Härtung ist, so dass man auf einen zusätzlichen Härtungsschritt mit einem UV-Endtrockner verzichten kann.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Drucken mit einer Inkjetdruckmaschine, die Verwendung einer UV-LED-Lampe in einer Inkjetdruckmaschine zum Härten von UV-Tinte und eine Inkjetdruckmaschine, die für das erfindungsgemäße Verfahren eingerichtet ist.
  • In der Druckindustrie sind unterschiedliche Druckverfahren bekannt. Ein wichtiges Druckverfahren ist der Inkjetdruck, bei dem man Inkjettinte über Druckdüsen auf einen Bedruckstoff aufbringt. Üblicherweise unterscheidet man bei den hierfür verwendeten Inkjettinten zwischen wasserbasierten Tinten und UV-Tinten. Nach dem Aufdrucken von wasserbasierter Tinte trocknet man diese in der Regel thermisch durch Heißluft und Bestrahlen mit Infrarotlicht. UV-Tinte trocknet oder härtet man üblicherweise durch Bestrahlen mit UV-Licht oder Elektronenstrahlung.
  • In Inkjetdruckmaschinen werden normalerweise mehrere Farben wie Cyan, Magenta, Yellow und Black (CMYK) nacheinander auf den Bedruckstoff aufgedruckt, um mehrfarbige Druckbilder erzeugen zu können. Diese unterschiedlichen Farben werden hintereinander an mehreren Druckstationen aufgebracht, wobei jede Druckstation aus einem oder mehreren Druckköpfen bestehen kann. Beim Inkjetdrucken mit UV-Tinte hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die jeweils verwendete UV-Tinte nach jeder Druckstation mit UV-Licht anzuhärten, was im Stand der Technik auch als Pinning bezeichnet wird, und am Ende, nachdem alle gewünschten Farben aufgebracht sind, die UV-Tinte mit UV-Strahlung hoher Intensität endzuhärten. Dadurch erhält man das fertige Druckerzeugnis, das nicht mehr abfärbt und bestimmungsgemäß verwendet werden kann.
  • Durch das Pinning wird erreicht, dass die UV-Tinte auf dem Bedruckstoff beim Weg durch die Inkjetdruckmaschine nicht verläuft. Die UV-Tinte wird durch das Pinning nur teilweise gehärtet oder angehärtet. Hierfür ist keine UV-Strahlung hoher Intensität erforderlich, sondern es können beispielsweise UV-Lampen auf Grundlage von LEDs verwendet werden. Beim Endhärten dagegen werden üblicherweise UV-Lichtquellen hoher Intensität wie hochenergetische Quecksilberdampflampen oder andere UV-Strahler eingesetzt.
  • Der Aufbau von Inkjetdruckmaschinen mit Einrichtungen zur Zwischenhärtung (Pinning) und Endhärtung hat sich teilweise als nachteilig erwiesen. So müssen unterschiedliche Lichtquellen in der Druckmaschine vorgehalten werden, was problematisch hinsichtlich der Wartung sein kann. Auch erfordert der apparative Aufbau zur Endhärtung viel Platz in der Druckmaschine. Die Verwendung von Quecksilberdampflampen ist aus Umweltgesichtspunkten zudem zunehmend unerwünscht. Auch der Energiebedarf für die Endhärtung erweist sich als nachteilig.
  • Es besteht daher Bedarf an alternativen Inkjetdruckverfahren, welche insbesondere die Notwendigkeit einer Endhärtung der UV-Tinte in der Inkjetdruckmaschine vermeiden.
  • Überraschenderweise wurde nun gefunden, dass UV-Tinten mit UV-Strahlung aus den Lichtquellen für das Pinning so vollständig gehärtet werden können, dass keine separate Endhärtung erforderlich ist, wenn man die Bestrahlung in einer mit Inertgas angereicherten Gasatmosphäre durchführt. Die mit Inertgas angereicherte Gasatmosphäre lässt sich auch in dem Sinne verstehen, dass die vorherrschende Gasatmosphäre, in der Regel Luft, von Sauerstoff abgereichert wurde, weil man den Sauerstoffanteil der Luft durch das Inertgas verdrängt hat. Es wird vermutet, dass das erfindungsgemäße Verfahren deshalb erfolgreich funktioniert, weil der Sauerstoff einen störenden Einfluss auf die Härtungsreaktion nimmt und dessen Präsenz unter den Bedingungen der mit Inertgas angereicherten Gasatmosphäre während des Härtungsschritts deutlich reduziert wird. Somit kann die Strahlung von UV-LED-Lichtquellen, die üblicherweise zum Pinnen verwendet werden, idealerweise zum vollständigen Härten verwendet werden, wenn die Strahlung dieser Lichtquellen unter inerter Gasatmosphäre angewendet wird.
  • Die Härtung von UV-Tinten unter Inertgasatmosphäre ist im Stand der Technik prinzipiell beschrieben worden. Die EP 1 473 341 A1 offenbart ein Inkjetdruckverfahren, in dem UV-Tinte unter Stickstoffatmosphäre gehärtet wird. Die Härtung mit UV-LED-Lampen im Pinningmodus wird darin nicht beschrieben. Die EP 3 795 934 A1 offenbart die UV-Härtung von UV-Tinte unter Inertgasatmosphäre zur Verringerung der Migration von niedermolekularen Tintenbestandteilen. Eine einstufige UV-Härtung unter Inertgasatmosphäre wird darin nicht beschrieben.
  • Dementsprechend betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Drucken mit einer Inkj etdruckmaschine mit wenigstens zwei Druckstationen, wobei nacheinander in jeder der wenigstens zwei Druckstationen ein Bedruckstoff mit UV-Tinte bedruckt wird und nach jeder der wenigstens zwei Druckstationen jeweils ein Härtungsschritt durch Bestrahlen der von der jeweiligen Druckstation auf den Bedruckstoff gedruckten UV-Tinte mit UV-Strahlung von wenigstens einer UV-Lichtquelle vorgenommen wird, wobei bei wenigstens einem Härtungsschritt das Bestrahlen der auf den Bedruckstoff gedruckten UV-Tinte mit UV-Strahlung von der wenigstens einen UV-Lichtquelle in einer mit Inertgas angereicherten Gasatmosphäre stattfindet.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist mit mehreren Vorteilen verbunden. Auf den Einsatz eines Endtrockners kann verzichtet werden, was Platz und Wartungsaufwand spart. Auf den Einsatz von aus Umweltgesichtspunkten zunehmend unerwünschten Quecksilberdampflampen kann verzichtet werden. Der Energiebedarf der Inkjetdruckmaschine kann durch Weglassen des Endtrockners verringert werden. Es entsteht weniger Wärme in der Inkjetdruckmaschine, die nicht aufwendig abgeführt werden muss. Man erhält dennoch Druckerzeugnisse hoher optischer Qualität, die bei bestimmungsgemäßer Verwendung nicht abfärben.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens findet das Bestrahlen der auf den Bedruckstoff gedruckten UV-Tinte mit UV-Strahlung von der wenigstens einen UV-Lichtquelle in der mit Inertgas angereicherten Gasatmosphäre bei jedem Härtungsschritt statt. Dementsprechend betrifft das erfindungsgemäße Verfahren in dieser bevorzugten Ausführungsform ein Verfahren zum Drucken mit einer Inkjetdruckmaschine mit wenigstens zwei Druckstationen, wobei nacheinander in jeder der wenigstens zwei Druckstationen ein Bedruckstoff mit UV-Tinte bedruckt wird und nach jeder der wenigstens zwei Druckstationen jeweils ein Härtungsschritt durch Bestrahlen der von der jeweiligen Druckstation auf den Bedruckstoff gedruckten UV-Tinte mit UV-Strahlung von wenigstens einer UV-Lichtquelle vorgenommen wird, wobei bei jedem Härtungsschritt das Bestrahlen der auf den Bedruckstoff gedruckten UV-Tinte mit UV-Strahlung von der wenigstens einen UV-Lichtquelle in einer mit Inertgas angereicherten Gasatmosphäre stattfindet.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform führt jeder Härtungsschritt in der mit Inertgas angereicherten Gasatmosphäre zu einer im Wesentlichen vollständigen Durchhärtung der von der jeweiligen Druckstation auf den Bedruckstoff gedruckten UV-Tinte. Nach der im Wesentlichen vollständigen Durchhärtung färbt die UV-Tinte nicht mehr ab und verschmiert nicht mehr.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der UV-Tinte, deren Härtungsschritt in der mit Inertgas angereicherten Gasatmosphäre stattfindet, um UV-Tinte, die eine starke Neigung zum Auseinanderfließen (Spreiten) aufweist. Das Phänomen des Spreitens ist dem Fachmann prinzipiell bekannt. Durch das Spreiten verlaufen die Tintentropfen unerwünschterweise auf dem Bedruckstoff, so dass das gewünschte Druckbild, das sich aus den einzelnen Tintentropfen zusammensetzt, optische Mängel aufweisen kann. So kann das Druckbild vom Betrachter dann beispielsweise verschwommen oder unscharf wahrgenommen werden. Im Stand der Technik wird die UV-Tinte daher in der Regel zunächst angehärtet, also teilweise gehärtet, um ein Spreiten zu verhindern. Am Ende des Druckvorgangs, wenn die UV-Tinten aller Farben nacheinander aufgetragen worden sind, erfolgt in der Inkjetdruckmaschine dann die UV-Endhärtung mit energiereichen UV-Endtrocknern, um eine im Wesentlichen vollständige Durchhärtung der UV-Tinten zu erreichen.
  • Die für das erfindungsgemäße Verfahren geeigneten UV-Tinten sind nicht besonders eingeschränkt. Als UV-Tinten sind für das erfindungsgemäße Verfahren grundsätzlich alle im Stand der Technik beschriebenen UV-Tinten geeignet, die durch Bestrahlung mit UV-Strahlung gehärtet werden können. In dem erfindungsgemäßen Verfahren werden bevorzugt solche verwendet, die einen oder mehrere Photoinitiatoren enthalten. Solche UV-Tinten sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt. Es handelt sich um flüssige, reaktionsfähige UV-härtbare Zusammensetzungen mit einem oder mehreren Farbmitteln, die in Inkjetdruckmaschinen durch Druckdüsen der Inkjetdruckköpfe auf Bedruckstoffe wie Papier, Karton oder Folie ausgestoßen werden können. Durch Bestrahlen mit UV-Licht oder Elektronenstrahlung kann eine Härtungsreaktion in der UV-Tinte gestartet werden, welche eine Reaktion der enthaltenen ungesättigten Monomere umfasst. Solche UV-Tinten enthalten in der Regel einen oder mehrere Photoinitiatoren, welche die Härtungsreaktionen auslösen. Als Alternative zu UV-Tinten sind dem Fachmann thermisch trocknende Tinten bekannt, welche größere Anteile an Wasser oder anderen Lösungsmitteln enthalten und im Wesentlichen durch Verdampfen des Lösungsmitteln beim Behandeln mit Infrarotstrahlung und/oder Heißluft trocknen.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die wenigstens eine UV-Lichtquelle ausgewählt unter UV-LED-Lampen. UV-LED-Lampen sind dem Fachmann prinzipiell bekannt. Es handelt sich um Strahlungsquellen auf der Grundlage von Leuchtdioden (LEDs), die in ihrem emittierten Strahlungsspektrum einen vergleichsweise hohen Anteil an Strahlung im Wellenlängenbereich des Ultraviolett (UV), also weniger als 400 nm, aufweisen.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die wenigstens eine UV-Lichtquelle im Pinningmodus betrieben. Das bedeutet, dass die wenigstens eine UV-Lichtquelle in einem Modus betrieben wird, wie er im Stand der Technik üblicherweise zum Pinnen von UV-Tinte in Inkjetdruckmaschinen verwendet wird. Davon zu unterscheiden ist das Betreiben einer UV-Lichtquelle in UV-Endtrocknern von Inkjetdruckmaschinen, wobei sehr hohe Strahlungsdichten erzeugt werden.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die wenigstens eine UV-Lichtquelle ausgewählt unter UV-LED-Pinningmodulen. UV-LED-Pinningmodule sind dem Fachmann prinzipiell bekannt und kommerziell erhältlich. UV-LED-Pinningmodule umfassen mehrere UV-Leuchtdioden (LEDs), die beim Anlegen einer elektrischen Spannung einen vergleichsweise hohen Anteil an Strahlung im Wellenlängenbereich des Ultraviolett (UV) aussenden. Im Stand der Technik werden UV-LED-Pinningmodule in Inkjetdruckmaschinen verwendet, um die aufgedruckte UV-Tinten anzuhärten (zu pinnen). Weil das Anhärten oder Pinnen nur vergleichsweise geringe Strahlungsdichten erfordert, sind UV-LED-Pinningmodule nicht dafür ausgelegt, besonders hohe Strahlungsdichten wie etwa von UV-Endtrocknern zu erreichen.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform liegt die Dauer jedes Härtungsschritts in der mit Inertgas angereicherten Gasatmosphäre im Bereich von 1 bis 1000 ms, bevorzugt im Bereich von 5 bis 500 ms.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform liegt die Bestrahlungsenergie der wenigstens einen UV-Lichtquelle während des Härtungsschritts in der mit Inertgas angereicherten Gasatmosphäre im Bereich von 10 bis 400 mJ/cm2, bevorzugt im Bereich von 20 bis 300 mJ/cm2.
  • Als Inertgase in dem erfindungsgemäßen Verfahren sind grundsätzlich alle Gase und Gasmischungen geeignet, welche unter den Bedingungen des jeweiligen Härtungsschritts inert sind. In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem Inertgas um Stickstoff, Argon oder Mischungen davon. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem Inertgas um Stickstoff.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die mit Inertgas angereicherte Gasatmosphäre einen Anteil des Inertgases, bevorzugt von Stickstoff, von wenigstens 80 Vol.-% oder besonders bevorzugt von wenigstens 90 Vol.-%, bezogen auf die gesamte mit Inertgas angereicherte Gasatmosphäre.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform wird nur in den Bereichen hinter den Druckstationen, wo die Härtungsschritte stattfinden, jeweils eine mit Inertgas angereicherte Gasatmosphäre aufgebaut. Dadurch kann die Einsatzmenge des Inertgases, bevorzugt Stickstoff, reduziert werden. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird in größeren zusammenhängenden Bereichen im Inneren der Inkjetdruckmaschine die mit Inertgas angereicherte Gasatmosphäre erzeugt. Dabei können insbesondere auch die Schritte des Aufdruckens und des Härtens in der gleichen mit Inertgas angereicherten Gasatmosphäre stattfinden. Die mit Inertgas angereicherte Gasatmosphäre wird bevorzugt durch Verdrängen der vorherrschenden Gasatmosphäre, in der Regel Luft, erzeugt. Dabei strömt das Inertgas in einer bevorzugten Ausführungsform permanent aus einem Reservoir, bevorzugt einer Gasflasche, in einen teilweise abgeschlossenen Hohlraum und verdrängt die darin vorherrschende Gasatmosphäre, in der Regel Luft. Das überschüssige Inertgas verlässt dabei permanent den teilweise abgeschlossenen Hohlraum nach außen. Durch den verwendeten Überdruck des Inertgases kann keine Luft in den teilweise abgeschlossenen Hohlraum nachströmen. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die mit Inertgas angereicherte Gasatmosphäre in Form eines sogenannten Gasschleiers in dem erfindungsgemäßen Verfahren bereitgestellt. Dabei findet im Wesentlichen keine räumliche Abschirmung des einströmenden Inertgases durch konstruktive Maßnahmen statt, sondern das Inertgas strömt im Wesentlichen unbeschränkt auf den Bedruckstoff im Härtungsschritt. In dieser bevorzugten Ausführungsform lässt man das Inertgas bevorzugt kontinuierlich unter erhöhtem Druck in der Umgebungsatmosphäre, in der Regel Luft, auf den Zielort auf dem Bedruckstoff strömen. Auch durch diese Vorgehensweise kann am gewünschten Zielort auf dem Bedruckstoff der Sauerstoff der Umgebungsluft verdrängt und die erfindungsgemäß erforderliche mit Inertgas angereicherte Gasatmosphäre erzeugt werden.
  • Demzufolge kann die mit Inertgas angereicherte Gasatmosphäre einerseits nur lokal auf dem Bedruckstoff in denjenigen Bereich geschaffen werden, in denen die Bestrahlungen in den Härtungsschritten stattfinden. Andererseits kann auch im vollständigen Innenbereich der Inkjetdruckmaschine eine mit Inertgas angereicherte Gasatmosphäre erzeugt werden, wobei dann die Bereiche, in denen die Härtungsschritte stattfinden, mit umfasst sind.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird in jeder der wenigstens zwei Druckstationen UV-Tinte einer anderen Farbe verwendet. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich um UV-Tinten, deren Farben ausgewählt sind unter Cyan, Magenta, Yellow und Black (CMYK).
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete UV-Tinte einen oder mehrere Photoinitiatoren. Photoinitiatoren für UV-Tinten sind dem Fachmann prinzipiell bekannt und kommerziell erhältlich. Diese zerfallen beim Bestrahlen mit UV-Licht in reaktive Verbindungen, welche die Härtungsreaktion der UV-Tinte einleiten.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Bedruckstoff ausgewählt unter Papier, Karton und Folie. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Bedruckstoff ausgewählt unter bogenförmigen und bahnförmigen Bedruckstoffen. Es ist auch möglich, Bedruckstoffe in Form von Körpern wie Helmen, Fußbällen oder dergleichen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zu bedrucken, sofern die verwendete Inkjetdruckmaschine zum Bedrucken solcher Objekte konstruktiv ausgelegt ist.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist nach der letzten der wenigstens zwei Druckstationen keine zusätzliche Endhärtung durch wenigstens einen Endtrockner vorgesehen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist kein Endtrockner vorgesehen, der ausgewählt ist unter Endtrocknern auf Grundlage von Quecksilberdampflampen und UV-LED-Endtrocknern.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft auch die Verwendung wenigstens einer UV-LED-Lampe in einer Inkjetdruckmaschine zum Härten wenigstens einer UV-Tinte auf einem Bedruckstoff in Gegenwart einer mit Inertgas angereicherten Gasatmosphäre, wobei die wenigstens eine UV-LED-Lampe im Pinningmodus betrieben wird.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Inkjetdruckmaschine, eingerichtet für das erfindungsgemäße Verfahren. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Inkjetdruckmaschine mehrere Druckstationen auf, wobei hinter jeder Druckstation eine Härtungsstation vorgesehen ist, in der ein Bedruckstoff in Gegenwart einer mit Inertgas angereicherten Gasatmosphäre durch Bestrahlen mit UV-Licht einer UV-Lichtquelle, bevorzugt von UV-Licht von einem oder mehreren UV-LED-Pinningmodulen, gehärtet werden kann. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist in der erfindungsgemäßen Inkjetdruckmaschine nach der letzten Druckstation kein Endtrockner vorgesehen.
  • Figur 1 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Ein Bedruckstoff (3) wird bereitgestellt und in die Inkjetdruckmaschine (1) eingebracht. An der ersten Druckstation (2), bei der es sich um mehrere benachbarte Inkjetdruckköpfe mit jeweils zahlreichen Druckdüsen handelt, wird durch Ausstoßen von UV-Tinte (4) der Farbe Cyan aus den Druckdüsen auf den Bedruckstoff (3) gedruckt. Nach dem Bedrucken mit der UV-Tinte (4) findet der erste Härtungsschritt statt, in dem man die gerade aufgedruckte UV-Tinte (4) in einer mit Inertgas angereicherten Gasatmosphäre (6), hier in einer Stickstoffatmosphäre, die durch Zufuhr von gasförmigem Stickstoff aus einer Gasflasche erzeugt wird, mit UV-Licht einer UV-Lichtquelle (5), hier mehrerer UV-LED-Pinningmodule, bestrahlt. Die UV-LED-Pinningmodule werden dabei im Pinningmodus betrieben, senden also vergleichsweise geringe Strahlungsenergie aus. Nach dem ersten Härtungsschritt wird der bedruckte Bedruckstoff (3) zu den nächsten Druckstation (2) überführt, die wiederum aus mehreren Inkjetdruckköpfen mit jeweils zahlreichen Druckdüsen besteht. Dort wird der Bedruckstoff (3) mit UV-Tinte (4) der Farbe Magenta bedruckt. Es folgt der zweite Härtungsschritt, bei dem man erneut in Gegenwart einer mit Inertgas angereicherten Gasatmosphäre (6) durch Bestrahlen mit einer UV-Lichtquelle (5) in Form mehrerer UV-LED-Pinningmodule die UV-Tinte (4), hier nun der Farbe Magenta, härtet. Nach dem zweiten Härtungsschritt ist die UV-Tinte (4) auf dem Bedruckstoff (3) bereits vollständig gehärtet. Eine zusätzliche Endtrocknung oder Endhärtung unter Einsatz hochenergetischer UV-Strahlung ist nicht erforderlich, da die verwendete UV-Tinte (4) durch die Härtungsschritte in den mit Inertgas angereicherten Gasatmosphären (6) bereits so vollständig durchgehärtet ist, dass die UV-Tinte (4) nun nicht mehr verläuft oder verschmiert. Der fertig bedruckte Bedruckstoff (3) kann dementsprechend aus der Inkjetdruckmaschine (1) ausgeschleust und direkt, ohne abzufärben, gestapelt, bestimmungsgemäß kommerziell verwendet oder in eine Weiterverarbeitungsmaschine wie etwa eine Falzmaschine überführt werden.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Inkj etdruckmaschine
    2
    Druckstation
    3
    Bedruckstoff
    4
    UV-Tinte
    5
    UV-Lichtquelle
    6
    mit Inertgas angereicherte Gasatmosphäre

Claims (17)

  1. Verfahren zum Drucken mit einer Inkjetdruckmaschine (1) mit wenigstens zwei Druckstationen (2), wobei nacheinander in jeder der wenigstens zwei Druckstationen (2) ein Bedruckstoff (3) mit UV-Tinte (4) bedruckt wird und nach jeder der wenigstens zwei Druckstationen (2) jeweils ein Härtungsschritt durch Bestrahlen der von der jeweiligen Druckstation (2) auf den Bedruckstoff (3) gedruckten UV-Tinte (4) mit UV-Strahlung von wenigstens einer UV-Lichtquelle (5) vorgenommen wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass bei wenigstens einem Härtungsschritt das Bestrahlen der auf den Bedruckstoff (3) gedruckten UV-Tinte (4) mit UV-Strahlung von der wenigstens einen UV-Lichtquelle (5) in einer mit Inertgas angereicherten Gasatmosphäre (6) stattfindet.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestrahlen der auf den Bedruckstoff (3) gedruckten UV-Tinte (4) mit UV-Strahlung von der wenigstens einen UV-Lichtquelle (5) in der mit Inertgas angereicherten Gasatmosphäre (6) bei jedem Härtungsschritt stattfindet.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jeder Härtungsschritt in der mit Inertgas angereicherten Gasatmosphäre (6) zu einer im Wesentlichen vollständigen Durchhärtung der von der jeweiligen Druckstation (2) auf den Bedruckstoff (3) gedruckten UV-Tinte (4) führt.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei der UV-Tinte (4), deren Härtungsschritt in der mit Inertgas angereicherten Gasatmosphäre (6) stattfindet, um UV-Tinte (4) handelt, die eine starke Neigung zum Auseinanderfließen aufweist.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die wenigstens eine UV-Lichtquelle (5) ausgewählt ist unter UV-LED-Lampen.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die wenigstens eine UV-Lichtquelle (5) im Pinningmodus betrieben wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die wenigstens eine UV-Lichtquelle (5) ausgewählt ist unter UV-LED-Pinningmodulen.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dauer jedes Härtungsschritts in der mit Inertgas angereicherten Gasatmosphäre (6) im Bereich von 1 bis 1000 ms liegt.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bestrahlungsenergie der wenigstens einen UV-Lichtquelle (5) während des Härtungsschritts in der mit Inertgas angereicherten Gasatmosphäre (6) im Bereich von 10 bis 400 mJ/cm2 liegt.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei dem Inertgas der mit Inertgas angereicherten Gasatmosphäre (6) um Stickstoff, Argon oder Mischungen davon handelt.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mit Inertgas angereicherte Gasatmosphäre (6) einen Anteil des Inertgases von wenigstens 80 Vol.-%, bezogen auf die gesamte mit Inertgas angereicherte Gasatmosphäre (6), umfasst.
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in jeder der wenigstens zwei Druckstationen (2) UV-Tinte (4) einer anderen Farbe verwendet wird.
  13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die UV-Tinte (4) einen oder mehrere Photoinitiatoren umfasst.
  14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Bedruckstoff (3) ausgewählt ist unter Papier, Karton und Folie.
  15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei nach der letzten der wenigstens zwei Druckstationen (2) keine zusätzliche Endhärtung durch wenigstens einen Endtrockner vorgesehen ist.
  16. Verwendung wenigstens einer UV-LED-Lampe in einer Inkjetdruckmaschine (1) zum Härten wenigstens einer UV-Tinte (4) auf einem Bedruckstoff (3) in Gegenwart einer mit Inertgas angereicherten Gasatmosphäre (6), wobei die wenigstens eine UV-LED-Lampe im Pinningmodus betrieben wird.
  17. Inkjetdruckmaschine (1), eingerichtet für das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15.
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