WO2016188757A1 - Rotationsdruckmaschine - Google Patents

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WO2016188757A1 PCT/EP2016/060646 EP2016060646W WO2016188757A1 WO 2016188757 A1 WO2016188757 A1 WO 2016188757A1 EP 2016060646 W EP2016060646 W EP 2016060646W WO 2016188757 A1 WO2016188757 A1 WO 2016188757A1
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Windmoeller and Hoelscher KG
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    • B41M7/00—After-treatment of prints, e.g. heating, irradiating, setting of the ink, protection of the printed stock

Definitions

  • the invention relates to a rotary printing machine with a printing station for applying printing ink to a material web
  • digital printing methods are increasingly used in the industrial sector, in which the ink is applied without printing form on the web.
  • the inkjet process and the liquid toner process may be mentioned.
  • the ink is transferred via nozzles in response to a Bebiiderungssignal on the web in a known manner.
  • pigments embedded in polymers are brought in front of the material web in a transport liquid and then, depending on a Bebiiderungssignal from the transport liquid on the
  • Transfer material web This method is particularly suitable for the printing of plastic films, since plastic films are not impaired by any contact with the transport liquid.
  • the oil components are problematic, which are contained in the transport liquid and can get along with the pigments in the form of residual oil constituents on the plastic film.
  • the object of the invention is therefore to provide a rotary printing machine which is universally applicable for printing food packaging.
  • This object is achieved with a reaction chamber downstream of the printing station, in which unwanted components are removed from the printing ink by means of the plasma treatment and removed by a gas jet.
  • the reaction chamber consists of at least one plasma electrode and a counter electrode, between which a high-frequency AC voltage is applied to form a gas plasma.
  • Frequency and amplitude of the alternating voltage depend on the external conditions of the reaction chamber. If the distance between the plasma electrode and the counter electrode is, for example, 1 mm, then in the gas located between the plasma electrode and the counter electrode a plasma is formed starting from an amplitude of approximately 1 kV, the frequency being more than 1 kHz, preferably more than 10 kHz should.
  • An important measure for the adjustment of the amplitude is the so-called breakdown voltage.
  • the counterelectrode preferably consists of a guide cylinder on which the material web rests when passing through the reaction chamber. In this case, it is particularly advantageous if the guide cylinder is designed as a cooling roller, so that an undesirable heating of the Material web can be avoided. However, it is also conceivable that the material web passes on a plane passing through the reaction chamber.
  • the gas jet consists of ambient air.
  • the effect of the reaction chamber can, however, be increased if the gas jet from ambient air before the reaction chamber is suitably enriched by additional constituents, for example by oxygen and / or by water vapor or by enrichment of the air humidity and / or by further additives (noble gases, Aerosols, etc.).
  • additional constituents for example by oxygen and / or by water vapor or by enrichment of the air humidity and / or by further additives (noble gases, Aerosols, etc.).
  • the gas jet is exposed to UV radiation before it enters the reaction chamber. Due to the UV radiation, ozone is generated in the gas jet, resulting in the formation of radicals, in particular of hydroxyl radicals (OH radicals). It has been shown that the OH radicals have a particularly strong cleaning effect on the undesirable components contained in the printing ink.
  • the invention is particularly suitable for the aftertreatment of plastic films which have been printed by the liquid toner method.
  • the printing ink comprises a liquid toner comprising pigments embedded in polymers as well as components containing mineral oil, wherein the mineral oil-containing components are released from the printing ink by the plasma treatment.
  • a further application of the reaction chamber according to the invention may also generally consist in the chemical drying of the ink applied to the material web. The chemical drying is based on the oxidation and polymerization of the drying oils and resins.
  • the aftertreatment for removing residual constituents of the solvent contained in the printing ink for example, alcohols, ethyl acetate or toluene).
  • Plastic films eg made of polypropylene or PE
  • PE polypropylene
  • a known measure is a connection in this context, the application of a network layer (primer) before the actual printing.
  • the network layer must be dried before printing, this method is relatively expensive.
  • This pretreatment modifies the surface of the plastic film with the following effects: - The surface tension is reduced.
  • the emanating plasticizer e.g., oils
  • the emanating plasticizer e.g., oils
  • Oxidize fluxes e.g., paraffins.
  • the gas jet Before the reaction chamber, the gas jet can be enriched in the manner described above by additives. If one reaction chamber is not sufficient, several reaction chambers can be connected in series to achieve the desired effect.
  • the pretreatment described here is also particularly advantageous for the inkjet process since water-soluble printing inks are frequently used in this process.
  • FIG. 1 shows a device according to the invention for the plasma treatment of a material web according to a first embodiment
  • Fig. 2 shows a device according to the invention for the plasma treatment of a
  • FIG. 1 shows a device according to the invention for the plasma treatment of a material web 101 according to a first embodiment.
  • the path of the material web is fixed by the two guide rollers 102 and 104 and by the guide cylinder 103.
  • Above the guide cylinder 103 is the reaction chamber 105, in which one or more plasma electrodes 106 are embedded from above.
  • the grounded guide cylinder 103 serves as a counter electrode.
  • the plasma electrodes 106 have at their lower end a dielectric layer 119 for increasing the breakdown voltage between each individual plasma electrode 106 and the guide cylinder 103.
  • the gas jet passing through the reaction chamber 105 is generated by a pressure blower 108 and a suction blower 110. Both blowers are connected by a ventilation Hin Gustav 107 and by a ventilation return line 109 in a suitable manner with the reaction chamber 105, so that in the reaction chamber 105, the desired gas flow.
  • All described components are connected to control unit 112 in order to control the respective process parameters in the desired way.
  • the plasma electrodes 106 are connected via the lines 113 to the control unit 112 and are driven by the latter with a high-frequency alternating voltage.
  • the control unit 112 obtains the required alternating voltage from at least one HF generator 111.
  • a plurality of HF generators 111 are generally provided.
  • Control unit 112 measures the current for each individual plasma electrode 106 via current measuring devices (not shown in further detail) and determines in this way the breakdown voltage at which the desired plasma is formed in the reaction chamber 105. Depending on the respectively determined breakdown voltage, each individual HF generator 111 is controlled via the control line 114 such that the plasma in the reaction chamber 105 is maintained. The frequency of each individual HF generator 111 can also be controlled via the control line 114.
  • the flow rate of the gas jet within the reaction chamber 105 can be adjusted.
  • the fans 108 and 110 are regulated via the control lines 115 and 116 such that a sealing atmosphere forms at the inlets 117 and 118. This is achieved by always maintaining the flow velocity in the ventilation return line 109 above the flow velocity in the ventilation forward line 107.
  • these can be safely disposed of in the ventilation return line 109 by suitable measures,
  • FIG. 2 shows a device according to the invention for the plasma treatment of a material web 101 according to a second embodiment.
  • the second embodiment according to FIG. 2 differs from the first embodiment according to FIG. 1 in the way in which the plasma is generated.
  • the plasma generation according to FIG. 2 now takes place through the plasma spraying unit 201, which is connected via the line 202 to the control unit and to the line 203 with the common ground.
  • the plasma spraying unit 201 which is connected via the line 202 to the control unit and to the line 203 with the common ground.
  • the plasma or the ionized gas is generated autonomously, as is also known from plasma sprayers for coating workpiece surfaces or ionizers with corona discharge for the ionization of gases. Consequently, the guide cylinder 103 does not act as a counter electrode in this case, but the electrode and counter electrode are both in the Piasmasprüh unit 201.
  • the plasma spray unit 201 also has a reaction medium supply line 204 with a fan 205 in which the reaction medium in question is supplied to the arc or the corona discharge within the plasma spray unit. The thus treated reaction medium then enters the ventilation Hintechnisch 10? and is taken into the reaction chamber 105, in which then enters the desired reaction with the surface of the web 101.
  • the types of plasma generation according to FIG. 1 and FIG. 2 are applied not only individually but also in combination in order to further increase the effect of the desired reaction.
  • the described embodiments are applied in cascade by several devices according to FIG. 1 and / or shown in FIG. 2 are connected in series.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Rotationsdruckmaschine mit einer Bedruckstation zum Aufbringen von Druckfarbe auf eine Materialbahn (101). Um eine Rotationsdruckmaschine zu schaffen, die zum Bedrucken von Lebensmittelverpackungen universell einsetzbar ist, ist eine der Bedruckstation nachgeschaltete Reaktionskammer (105) vorgesehen, in der auf dem Wege der Plasma-Behandlung unerwünschte Bestandteile aus der Druckfarbe gelöst und durch einen Gasstrahl abtransportiert werden.

Description

Rotationsdruckmaschine
Die Erfindung betrifft eine Rotationsdruckmaschine mit einer Bedruckstation zum Aufbringen von Druckfarbe auf eine Materialbahn, Neben den druckformgebundenen Druckverfahren {insbesondere Flexodruck, Tiefdruck und Offsetdruck) werden im industriellen Bereich inzwischen vermehrt auch Digitaldruckverfahren eingesetzt, bei denen die Druckfarbe ohne Druckform auf die Materialbahn aufgebracht wird. Als Beispiele sind in diesem Zusammenhang insbesondere das Inkjet- Verfahren und das Flüssigtoner- Verfahren zu nennen.
Beim InkJet-Verfahren wird in bekannter Weise die Druckfarbe über Düsen in Abhängigkeit von einem Bebiiderungssignal auf die Materialbahn übertragen. Beim Flüssigtoner-Verfahren werden in Polymere eingebettete Pigmente in einer Transportflüssigkeit vor die Materialbahn gebracht und dann in Abhängigkeit von einem Bebiiderungssignal aus der Transportflüssigkeit auf die
Materialbahn übertragen. Dieses Verfahren eignet sich insbesondere für das Bedrucken von Kunststofffolien, da Kunststofffolien selbst bei einem Kontakt mit der Transportflüssigkeit durch diese in keinster Weise beeinträchtigt werden. Für Lebensmittelverpackungen sind allerdings die Ölbestandteile problematisch, die in der Transportflüssigkeit enthalten sind und die zusammen mit den Pigmenten in Form von Restölbestandteilen auf die Kunststofffolie gelangen können. Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Rotationsdruckmaschine zu schaffen, die zum Bedrucken von Lebensmittelverpackungen universell einsetzbar ist.
Diese Aufgabe wird mit einer der Bedruckstation nachgeschalteten Reaktionskammer gelöst, in der auf dem Wege der Plasma-Behandlung unerwünschte Bestandteile aus der Druckfarbe gelöst und durch einen Gasstrahl abtransportiert werden.
Die Reaktionskammer besteht aus mindestens einer Plasmaelektrode und einer Gegenelektrode, zwischen denen eine hochfrequente Wechseispannung zur Ausbildung eines Gasplasmas anliegt. Frequenz und Amplitude der Wechselspannung hängen dabei von den äußeren Gegebenheiten der Reaktionskammer ab. Wenn der Abstand zwischen der Plasmaelektrode und der Gegenelektrode beispielsweise 1 mm beträgt, dann bildet sich in dem zwischen Plasmaelektrode und Gegenelektrode befindlichen Gas ein Plasma ab einer Amplitude von etwa 1 kV aus, wobei die Frequenz mehr als 1 kHz, vorzugsweise mehr als 10 kHz betragen sollte. Ein wichtiges Maß für die Einstellung der Amplitude ist die sogenannte Durchbruchspannung. Dies ist die Spannung, ab der sich in dem zwischen Plasmaelektrode und Gegenelektrode befindlichen Gas ein Plasma ausbildet, was zu einem plötzlichen Ansteigen des Stroms führt, da sich die Leitfähigkeit zwischen Plasmaelektrode und Gegenelektrode schlagartig verringert. Hiervon ausgehend werden gute Ergebnisse erzielt, wenn die Amplitude der anliegenden Wechselspannung dann auf 10% - 50% über der Durchbruchspannung eingestellt wird. Die anliegende Frequenz hat dagegen keinen unmittelbaren Einfluss auf die Ausbildung des Plasmas. Allerdings hat es sich gezeigt, dass die von der Reaktionskammer zu erzielende Wirkung mit steigender Frequenz zunimmt, sodass vorzugsweise Frequenzen über 10 kHz eingestellt werden. Die Gegenelektrode besteht vorzugsweise aus einem Führungszylinder, auf dem die Materialbahn beim Durchtritt durch die Reaktionskammer anliegt. In diesem Fall ist es besonders vorteilhaft, wenn der Führungszylinder als Kühlwalze ausgebildet ist, sodass eine unerwünschte Erwärmung der Materialbahn vermieden werden kann. Es ist allerdings auch denkbar, dass die Materialbahn auf einer Ebene liegend durch die Reaktionskammer hindurchtritt.
Befriedigende Ergebnisse können bereits dann erzielt werden, wenn der Gasstrahl aus Umgebungsluft besteht. Die Wirkung der Reaktionskammer kann allerdings gesteigert werden, wenn der aus Umgebungsluft bestehende Gasstrahl vor der Reaktionskammer in geeigneter Weise durch zusätzliche Bestandteile angereichert wird, beispielsweise durch Sauerstoff und /oder durch Wasserdampf bzw. durch Anreicherung der Luftfeuchtigkeit und/oder durch weitere Zusätze (Edelgase, Aerosole, etc.). Besonders vorteilhaft kann es auch sein, wenn der Gasstrahl vor dem Eintritt in die Reaktionskammer mit einer UV- Strahlung beaufschlagt wird. Durch die UV-Strahlung wird in dem Gasstrahl Ozon erzeugt, infolge dessen es zur Bildung von Radikalen kommt, und zwar insbesondere von Hydroxyl-Radikalen (OH-Radikalen). Dabei hat es sich gezeigt, dass die OH-Radikale eine besonders starke Reinigungswirkung auf die in der Druckfarbe enthaltenen unerwünschten Bestandteile haben.
Die Erfindung ist insbesondere für die Nachbehandlung von Kunststofffolien geeignet, die nach dem Flüssigtoner- Verfahren bedruck wurden. Dies bedeutet, dass die Druckfarbe einen Flüssigtoner umfasst, der in Polymere eingebettete Pigmente sowie mineralölhaltige Bestandteile umfasst, wobei die mineralölhaltigen Bestandteile durch die Plasma-Behandlung aus der Druckfarbe gelöst werden. Eine weitere Anwendung der erfindungsgemäßen Reaktionskammer kann allerdings auch allgemein in der chemischen Trocknung der auf die Materialbahn aufgetragenen Druckfarbe bestehen. Die chemische Trocknung basiert dabei auf der Oxidation und Polymerisation der trocknenden Öle und Harze. Denkbar ist in diesem Zusammenhang auch die Nachbehandlung zur Entfernung von Restbestandteilen des in der Druckfarbe enthaltenen Lösemittels (beispielsweise Alkohole, Ethylacetat oder Toluol).
Eine weitere Anwendung der erfindungsgemäßen Reaktionskammer liegt schließlich in der Vorbehandlung von Kunststofffolien, die mit wasserlöslichen Farben bedruckt werden sollen. Kunststofffolien (z.B. aus Polypropylen oder PE) haben grundsätzlich eine unpolare Eigenschaft, was bedeutet, dass derartige Kuriststofffolien vor dem Bedrucken behandelt werden müssen, um eine ausreichende Haftung der polaren wasserlöslichen Farben auf der Kunststofffolie zu gewährleisten. Eine bekannte Maßnahme ist ein diesem Zusammenhang das Auftragen einer Vermittlungsschicht (Primer) vor dem eigentlichen Bedrucken. Da die Vermittlungsschicht vor dem Bedrucken allerdings getrocknet werden muss, ist dieses Verfahren verhältnismäßig aufwendig. Versuche mit der erfindungsgemäßen Reaktionskammer haben nunmehr gezeigt, dass das anschließende Bedrucken von Kunststofffolien mit wasserlöslichen Druckfarben auch ohne Primerschicht möglich ist. Durch diese Vorbehandlung wird die Oberfläche der Kunststofffolie mit den folgenden Effekten modifiziert: - Die Oberflächenspannung wird herabgesetzt.
Es wird eine höhere Oberflächenrauigkeit erzeugt.
Die aus der Folie austretenden Weichmacher (z.B. Öle) und
Flussmittel (z.B. Paraffine) oxidieren.
Es werden Stoffe in die Oberfläche der Kunststofffolie eingetragen, die auf der Oberfläche einen polaren Effekt erzeugen (sogenanntes
Dotieren).
Vor der Reaktionskammer kann der Gasstrahl in der oben beschriebenen Weise durch Zusatzstoffe angereichert werden. Sollte eine Reaktionskammer dabei nicht ausreichen, können auch mehrere Reaktionskammern hintereinander geschaltet werden, um die gewünschte Wirkung zu erzielen.
Besonders vorteilhaft ist die hier beschriebene Vorbehandlung auch für das Inkjet- Verfahren, da bei diesem Verfahren häufig wasserlösliche Druckfarben verwendet werden.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigt Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Plasma-Behandlung einer Materialbahn nach einer ersten Ausführungsform und
Fig. 2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Plasma-Behandlung einer
Materialbahn nach einer zweiten Ausführungsform
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Plasma-Behandlung einer Materialbahn 101 nach einer ersten Ausführungsform. Der Weg der Materialbahn ist durch die beiden Umlenkwalzen 102 und 104 sowie durch den Führungszylinder 103 fixiert. Oberhalb des Führungszylinders 103 befindet sich die Reaktionskammer 105, in der von oben eine oder mehrere Plasmaelektroden 106 eingelassen sind. Für sämtliche Plasmaelektroden 106 dient der geerdete Führungszylinder 103 als Gegenelektrode. Die Plasmaelektroden 106 weisen an ihrem unteren Ende eine dielektrische Schicht 119 zur Erhöhung der Durchbruchspannung zwischen jeder einzelnen Plasmaelektrode 106 und dem Führungszylinder 103 auf.
Der in der Reaktionskammer 105 hindurchtretende Gasstrahl wird durch ein Druckgebläse 108 sowie durch ein Sauggebläse 110 erzeugt. Beide Gebläse sind durch eine Lüftungs-Hinleitung 107 sowie durch eine Lüftungs-Rückleitung 109 in geeigneter Weise mit der Reaktionskammer 105 verbunden, sodass in der Reaktionskammer 105 der gewünschte Gasstrom entsteht.
Sämtliche beschriebene Komponenten sind mit Steuereinheit 112 verbunden, um die Jeweiligen Prozessparameter in der gewünschten Weise zu steuern. Insbesondere sind die Plasmaelektroden 106 über die Leitungen 113 mit der Steuereinheit 112 verbunden und werden von dieser mit einer hochfrequenten Wechselspannung angesteuert. Die Steuereinheit 112 bezieht dabei die erforderliche Wechselspannung von mindestens einem HF-Generator 111 , Um die Plasmaelektroden einzeln sowie mit verschiedenen Amplituden und Frequenzen ansteuern zu können, werden in der Regel mehrere HF- Generatoren 111 bereitgestellt.
Über nicht weiter dargestellte Strom-Messgeräte misst die Steuereinheit 112 den Strom für jede einzelne Plasmaelektrode 106 und ermittelt auf diese Weise die Durchbruchspannung, ab der sich das gewünschte Plasma in der Reaktionskammer 105 ausbildet. In Abhängigkeit von der jeweils ermittelten Durchbruchspannung wird jeder einzelne HF-Generator 111 über die Steuerteitung 114 derart gesteuert, dass das Plasma in der Reaktionskammer 105 aufrechterhalten bleibt. Auch die Frequenz jedes einzelnen HF-Generators 111 kann über die Steuerleitung 114 gesteuert werden.
Über die Steuerleitungen 115 und 116 kann die Strömungsgeschwindigkeit des Gasstrahls innerhalb der Reaktionskammer 105 eingestellt werden. Gleichzeitig werden die Gebläse 108 und 110 über die Steuerleitungen 115 und 116 derart reguliert, dass sich an den Einlassen 117 und 118 eine dichtende Atmosphäre bildet. Dies wird dadurch erreicht, indem die Strömungsgeschwindigkeit in der Lüftungs-Rückleitung 109 stets oberhalb der Strömungsgeschwindigkeit in der Lüftungs-Hinleitung 107 gehalten wird. Falls somit auch schadhafte Bestandteile innerhalb der Reaktionskammer 105 aus der Druckfarbe gelöst werden, können diese in der Lüftungs-Rückleitung 109 durch geeignete Maßnahme sicher entsorgt werden,
Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Plasma-Behandlung einer Materialbahn 101 nach einer zweiten Ausführungsform. Die zweite Ausführungsform gemäß Fig. 2 unterscheidet sich gegenüber der ersten Ausführungsform gemäß Fig. 1 durch die Art und Weise der Plasmaerzeugung. Im Übrigen kann auf die Beschreibung gemäß Fig. 1 verwiesen werden, soweit sich die entsprechenden Bezugszeichen auch in Fig. 2 wiederfinden.
Die Plasmaerzeugung gemäß Fig. 2 erfolgt nunmehr durch die Plasmasprüh- Einheit 201 , die über die Leitung 202 mit der Steuereinheit sowie mit der Leitung 203 mit der gemeinsamen Masse verbunden ist. In der Plasmasprüh-
Einheit 201 wird autonom das Plasma bzw. das ionisierte Gas erzeugt, wie dies auch von Plasmaspritzgeräten zum Beschichten von Werkstückoberflächen bzw. von Ionisatoren mit Koronaentladung zur Ionisation von Gasen bekannt ist. Folglich wirkt der Führungszylinder 103 in diesem Fall nicht als Gegenelektrode, sondern Elektrode und Gegenelektrode befinden sich beide in der Piasmasprüh-Einheit 201. Die Plasmasprüh-Einheit 201 weist außerdem eine Reaktionsmedium- Zuführleitung 204 mit einem Gebläse 205 auf, in der das betreffende Reaktionsmedium dem Lichtbogen bzw. der Korona-Entladung innerhalb der Plasmasprüh-Einheit zugeführt wird. Das derart aufbereitete Reaktionsmedium tritt dann in die Lüftungs-Hinleitung 10? aus und wird in die Reaktionskammer 105 mitgenommen, in der dann die gewünschte Reaktion mit der Oberfläche der Materialbahn 101 eintritt. Als weitere Variante ist es auch denkbar, dass die Arten der Plasmaerzeugung gemäß Fig. 1 und Fig. 2 nicht nur einzeln, sondern auch kombiniert angewandt werden, um die Wirkung der gewünschten Reaktion weiter zu erhöhen. Darüber hinaus ist es auch denkbar, dass die beschriebenen Ausführungsbeispiele kaskadiert angewandt werden, indem mehrere Vorrichtungen gemäß Fig. 1 und/oder gemäß Fig. 2 hintereinander geschaltet werden.

Claims

Rotationsdruckmaschine Patentansprüche
1 , Rotationsdruckmaschine, mit einer Bedruckstation zum Aufbringen von Druckfarbe auf eine Materialbahn und mit einer der Bedruckstation nachgeschatteten Reaktionskammer, in der auf dem Wege der Plasma-Behandlung unerwünschte Bestandteile aus der Druckfarbe gelöst und durch einen Gasstrahl abtransportiert werden,
2, Rotationsdruckmaschine nach Anspruch 1 , wobei die Reaktionskammer aus mindestens einer Plasmaelektrode und einer Gegenelektrode besteht, zwischen denen eine hochfrequente Wechselspannung zur Ausbildung eines Gasplasmas anliegt.
3, Rotationsdruckmaschine nach Anspruch 2, wobei die Gegenelektrode aus einem Führungszylinder besteht, auf dem die Materialbahn beim Durchtritt durch die Reaktionskammer anliegt
4. Rotationsdruckmaschine nach Anspruch 3, wobei der Führungszylinder als Kühlwalze ausgebildet ist. 5 Rotationsdruckmaschine nach einem der Ansprüche 1 - 4» wobei die Druckfarbe einen Flüssigtoner umfasst, der in Polymere eingebettete Pigmente sowie mineralolhaltige Bestandteile umfasst, wobei die mineralölhaltigen Bestandteile durch die Plasma-Behandlung aus der Druckfarbe gelöst werden. 6. Rotationsdruckmaschine nach einem der Ansprüche 1 - 5, wobei der Gasstrahl aus Umgebungsluft besteht, 7. Rotationsdruckmaschine nach einem der Ansprüche 1 - 6, wobei die Materialbahn eine Kunststofffolie ist.
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