UV- und Elektronenstrahl-Druckfarben

Härtungsmechanismus vereinfacht

UV: UV-Härtung funktioniert, wenn die UV-Quelle Strahlung im passenden Absorptionsbereich des Photoinitiators liefert. Der aktivierte Photoinitiator startet die Polymerisation → reaktive Radikale → Polymerisation/Vernetzung der Acrylat-Monomere und -Oligomere → fester, vernetzter Film. (Kationisch härtende UV-Systeme arbeiten mit Epoxiden oder Vinylethern, nicht mit Acrylaten.)

ESH/EB: Energiereiche Elektronen (Beschleunigungsspannung rund 80–300 kV; kompakte Inline-Aggregate für schmale Bahnen im unteren, breite Bahnen und dickere Schichten im oberen Bereich) → direkte Ionisation → Vernetzungsreaktion ohne Photoinitiator. Tieferes Eindringen in dickere Schichten als UV-Strahlung. Die Sauerstoffinhibierung ist bei ESH nicht geringer, sondern eher ausgeprägter als bei UV; EB-Anlagen werden deshalb unter Stickstoff betrieben (Restsauerstoff typischerweise unter 200 ppm).

Typische Strahlungsquellen UV: Quecksilberdampflampe (Hg, breites UV-Spektrum, etwa 200–400 nm); UV-LED (z. B. 365, 385, 395, 405 nm — definierte Wellenlänge; PI muss abgestimmt sein; 405-nm-LED reichen knapp in den violetten Bereich und brauchen langwellig absorbierende Photoinitiatoren).

Typische Schichtdicken und Viskositäten

UV-Druckfarben passen ihre Viskosität dem zugrundeliegenden Druckverfahren an:

UV-Offset | Viskosität: etwa 40–100 Pa·s (pastös, im Bereich konventioneller Offsetfarben; methoden- und temperaturabhängig) | Schichtdicke: 1–3 µm
UV-Flexo | 50–300 mPa·s (niedrigviskos wie konventioneller Flexo) | 1–5 µm
UV-Siebdruck | 1–50 Pa·s (systemabhängig) | 15–60 µm
UV-Inkjet | 5–20 mPa·s (bei Druckkopftemperatur) | 1–3 µm

Hinweis: Bei UV-Inkjet ist die Viskosität bei der Drucktemperatur (oft 40–60 °C im Druckkopf) entscheidend, nicht bei Raumtemperatur.

Einflussfaktoren auf die Härtung

Strahlungsdosis | Zu geringe Dosis → Unterhärtung (klebrig, abriebempfindlich); typisch 60–200 mJ/cm² pro Durchgang je nach System und Farbe
Pigment/Farbton | Pigmente können Strahlung absorbieren oder streuen; besonders kritisch: Rußschwarz und UV-absorbierende Pigmente
Schichtdicke | Dickere Schichten sind schwieriger vollständig durchzuhärten; UV-Strahlung dringt nur begrenzt tief ein
Sauerstoff | Hemmt bei radikalischen UV-Systemen die Oberflächenhärtung (Sauerstoffinhibierung); Abhilfe: Inertgas (N₂), höhere Dosis oder PI-Auswahl
Photoinitiator | Art (Absorptionsspektrum) und Konzentration müssen auf Lichtquelle und Pigment abgestimmt sein
Substrat/Formulierung | Haftung und Endbeständigkeit sind systemabhängig; auf nichtsaugenden Substraten besonders wichtig

Arbeitsschutz

Reaktive Acrylatbestandteile (Monomere, Oligomere): können hautreizend und sensibilisierend wirken. Einmal sensibilisiert, kann auch geringste Exposition Reaktionen auslösen. Deshalb: Schutzhandschuhe aus geeignetem Material, geschlossene Arbeitsweise, Sicherheitsdatenblatt und Betriebsanweisung beachten.

UV-Strahlung: UV-Strahler sind Gefahrenquellen für Augen und Haut. Strahler nur in abgeschirmten Anlagen betreiben. Bei Laborversuchen mit UV-Lampe: UV-Schutzbrille!

ESH-Anlage: Hochspannung und ionisierende Strahlung erfordern besondere Sicherheitsmaßnahmen und Fachpersonal.

Lebensmittelverpackung: Nicht umgesetzte Photoinitiatoren, deren Spaltprodukte und Restmonomere können in das Füllgut migrieren. Abhilfe: Low-Migration-UV-Farben mit polymeren bzw. hochmolekularen Photoinitiatoren, vollständige Durchhärtung, Barriereschichten — oder ESH, das ganz ohne Photoinitiator auskommt (Details in L-149).

Merksatz