Alle Tafeln › Kapitel 11 · Druckfarben
L-143
Trocknung und Härtung von Druckfarben
Wegschlagen, Verdunsten, Oxidation, UV, ESH, thermisch — und die Unterschiede im Detail
WahlqualifikationB 11
Trocknungs- und Härtungsmechanismen im Überblick
Wegschlagen | Prinzip: Flüssige Bestandteile dringen in einen saugfähigen Bedruckstoff ein | Typische Beispiele: Coldset-Offset auf Zeitungspapier, erste Trocknungsphase bei Bogenoffset
Verdunstung | Wasser oder Lösemittel verlassen den Farbfilm; Trocknungsgeschwindigkeit abhängig von Siedepunkt, Dampfdruck, Luftführung und Temperatur | Flexo, Tiefdruck, wasserbasierte Systeme, Heatset-Rollenoffset (flüchtige Mineralölanteile verdunsten im Heißlufttrockner; die Trocknerluft liegt bei rund 200–300 °C, die Papierbahn erreicht dabei etwa 110–140 °C)
Oxidative Trocknung | Luftsauerstoff führt zu chemischer Vernetzung; Sikkative katalysieren; dauert Stunden bis Tage | oxidativ trocknende Bogenoffsetfarben
UV-Härtung | Photoinitiator erzeugt unter UV-Strahlung reaktive Spezies → Polymerisation/Vernetzung. UV-Härtung funktioniert, wenn die UV-Quelle Strahlung im passenden Absorptionsbereich des Photoinitiators liefert. Typische Strahlungsdosis: 60–200 mJ/cm² je Durchgang (Vertiefung: Quecksilberstrahler breitbandig etwa 200–400 nm, UV-LEDs nur bei 365 bis 405 nm) | UV-Offset, UV-Flexo, UV-Sieb
Elektronenstrahl (ESH/EB) | Energiereiche Elektronen initiieren die Reaktion direkt. Kein Photoinitiator erforderlich. Strahlung dringt tiefer ein als UV → Vorteil bei dickeren Schichten. Die Polymerisation verläuft ebenfalls radikalisch und wird durch Luftsauerstoff eher stärker gehemmt als bei UV; EB-Anlagen arbeiten deshalb regelmäßig unter Stickstoff-Inertisierung (Restsauerstoff typischerweise unter 200 ppm) | ESH-Druckfarben
Thermische Fixierung | Bindemittel wird durch Wärme erweicht/aufgeschmolzen und beim Abkühlen fixiert. Typisch: 150–200 °C bei sehr kurzer Verweilzeit im Fixierspalt (Größenordnung Millisekunden) | Trockentoner-Systeme
UV-Härtung: Einflussfaktoren im Detail
Strahlungsquelle: Quecksilberdampflampe (breites Spektrum) oder UV-LED (definierte Wellenlänge, meist 365/385/395/405 nm). LED benötigt auf Wellenlänge abgestimmten Photoinitiator.
Strahlungsdosis: Zu geringe Dosis → Unterhärtung (klebrig, abriebempfindlich); zu hohe Dosis → Übervernetzung, Versprödung. Prüfung: MEK-Wisch-Test als Orientierung, besser Abrieb-/Beständigkeitstest.
Sauerstoffinhibierung: Sauerstoff in der Luft fängt Radikale ab → Oberfläche trocknet schlechter als die Tiefe. Abhilfe: Inertgas (N₂), höhere Dosis, Sauerstoff-tolerante Photoinitiatoren.
Pigmentierung: Pigmente absorbieren oder streuen UV-Strahlung. Dunkle oder UV-absorbierende Pigmente (z. B. Rußschwarz) erschweren die Tiefenhärtung erheblich; die Schichtdicke ist entsprechend anzupassen.
Schichtdicke: Die Strahlung wird auf dem Weg durch den Film abgeschwächt (Lambert-Beer) — mit zunehmender Schichtdicke kommt an der Unterseite immer weniger Energie an. Kritisch ist deshalb die Tiefenhärtung: Dickere Schichten brauchen eine höhere Dosis, mehrere Durchgänge oder eine Aufteilung in dünnere Lagen.
Wichtige Unterscheidung
Wie weit ein berührtrockener Film tatsächlich verfestigt ist, zeigen diese Beispiele:
— Bogenoffset: nach 30 min weggeschlagen, aber noch nicht scheuerfest — oxidative Härtung dauert Stunden.
— UV-Siebdruck mit dunkler Farbe: Oberfläche gehärtet, Farbkörper darunter noch reaktiv.
— Flexo wasserbasiert: bei hoher Luftfeuchtigkeit verlangsamt sich die Trocknung merklich.
Arbeitsweise im Labor
Trocknung/Härtung immer unter definierten Bedingungen prüfen: Temperatur, Zeit, Schichtdicke, Substrat und Prüfmethode dokumentieren. Ein Zahlenwert ohne Messbedingungen ist nicht reproduzierbar.
- Brock/Groteklaes/Mischke, Lehrbuch der Lacktechnologie
Übungsblatt Ü-143
Prüfen, ob es sitzt.
1. Ordnen Sie folgenden Druckverfahren ihren Haupttrocknungsmechanismus zu und begründen Sie kurz: a) Coldset-Offsetdruck auf Zeitungspapier; b) Heatset-Rollendruck; c) UV-Flexodruck auf Folie; d) lösemittelbasierter Tiefdruck.
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2. Eine UV-Siebdruckfarbe wird mit 25 µm Nassschichtdicke und einem Volumenfestkörper von 98 % gedruckt. a) Wie dick ist der Trockenfilm? b) Eine UV-LED liefert 180 mW/cm² bei einer Belichtungszeit von 0,8 s. Welche Dosis ergibt sich, und liegt sie im typischen Bereich?
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3. Ein UV-Siebdruck mit schwarzer Farbe auf Folie ist nach dem Strahler nicht vollständig durchgehärtet. Nennen Sie drei mögliche Ursachen und je eine Gegenmaßnahme.