Flexo- und Tiefdruckfarben

Niedrigviskos, schnell verdunstend — Viskositätswerte, Aniloxwalze, Näpfchen und Lösemittelführung

WahlqualifikationB 11

KernaussageBei niedrigviskosen Druckfarben niemals nur die Viskosität betrachten. Temperatur, Lösemittel-/Wassergehalt, Druckgeschwindigkeit, Anilox/Rakel und Substrat bestimmen gemeinsam das Ergebnis.

Flexodruck: Verfahren und Farbkennwerte

Verfahrensprinzip: Die Aniloxwalze nimmt Farbe aus dem Farbwerk auf und dosiert sie über ihre Näpfchen. Die flexible Druckplatte (Klischee) überträgt die Farbe auf den Bedruckstoff. Das übertragene Farbvolumen hängt vom Anilox-Volumen (Näpfchengeometrie) ab.

Typische Viskosität Flexo: 50–300 mPa·s bei Raumtemperatur.
Messmethode: Auslaufbecher. Genormt ist heute der ISO-Becher Nr. 4 nach DIN EN ISO 2431 bei (23,0 ± 0,5) °C (für die dickeren Flexofarben der ISO-Becher Nr. 5); in der Druckerei wird daneben noch häufig der DIN-4-Becher der 1996 zurückgezogenen DIN 53211 benutzt. Beide sind trotz 4 mm Düsenweite nicht deckungsgleich: Die Bechergeometrien unterscheiden sich, und Hersteller wie Normen weisen ausdrücklich darauf hin, dass sich die Auslaufzeiten nicht ohne Weiteres ineinander umrechnen lassen. Jeder Viskositätswert ist deshalb nur mit Becher, Norm und Temperatur zusammen brauchbar. Die gerätespezifischen Näherungsgleichungen (DIN 4: ν = 4,57·t − 452/t; ISO-Becher 4: ν = 1,37·t − 200/t) gelten jeweils nur für den eigenen Becher und dienen der Umrechnung Auslaufzeit ↔ kinematische Viskosität — nicht dem Vergleich zweier Becher miteinander. Typische Auslaufzeiten im DIN-4-Becher (20 °C): 17–65 s. Das entspricht bei DIN 4 vereinfacht ca. 50–300 mPa·s (unterhalb von etwa 20 s arbeitet der Becher am Rand seines Gültigkeitsbereichs) — aber: Umrechnung ist nur Richtwert; strukturviskose Systeme erfordern Rotationsviskosimeter.

Typische Schichtdicke Flexo: 1–5 µm (Nassschichtdicke; Trockenfilm je nach flüchtigem Anteil kleiner).

Substrate: Wellpappe, Karton, Folie, Aluminiumverbund, Papier.

Tiefdruck: Verfahren und Farbkennwerte

Verfahrensprinzip: Die gravierten Näpfchen des Tiefdruckzylinders werden mit Farbe gefüllt. Das Rakel streift überschüssige Farbe ab; die in den Näpfchen verbleibende Farbe wird auf den Bedruckstoff übertragen. Der Kontaktdruck erfolgt über ein Andruckwerk.

Typische Viskosität Tiefdruck: 50–150 mPa·s bei Raumtemperatur.
Auslaufbecher DIN 4 (aus der zurückgezogenen DIN 53211, 20 °C): typisch 17–35 s — das entspricht den oben genannten 50–150 mPa·s (zum Unterschied zum ISO-Becher Nr. 4 siehe Flexodruck).

Typische Schichtdicke Tiefdruck: 1–8 µm (abhängig von Näpfchentiefe und -volumen; Tiefdruckzylinder kann für Schichtdicken optimiert graviert werden).

Substrate: Folie (PE, PP, PET), Papier, Aluminium-Verbunde — typisch für Verpackungstiefdruck bei hohen Auflagen.

Verdunstung — Ursache und Wirkung

Zu schnelle Verdunstung: Verlauf, Benetzung und Übertragung können beeinträchtigt werden; eingetrocknete Farbe in Näpfchen oder Düsen möglich.
Zu langsame Verdunstung: Restlösemittel im Farbfilm kann zu Blocken, Geruchs- oder Haftungsproblemen führen.
Viskositätsänderung durch Verdunstung: Mit steigendem Lösemittelverlust steigt die Viskosität — Dosierung und Druckbild verändern sich. Deshalb: Viskosität im Druckbetrieb kontrollieren und nachstellen.
Wasserbasierte Systeme: Wasserabgabe hängt stark von Luftfeuchtigkeit, Temperatur und Luftführung im Trockner ab.

Lacklaborantenregel

Bei niedrigviskosen Druckfarben niemals nur die Viskosität betrachten. Temperatur, Lösemittel-/Wassergehalt, Druckgeschwindigkeit, Anilox/Rakel-Geometrie und Substrat können gemeinsam das Ergebnis bestimmen. Immer Temperatur bei Viskositätsmessung angeben.

FlexodruckTiefdruckAniloxwalzeNäpfchenRakelVerdunstungLösemittelViskositätwasserbasiertDruckplatteKlischeeniedrigviskosBlockenRestlösemittelmPa·sSchichtdickeµmAuslaufbecherDIN 4

Quellen

Brock/Groteklaes/Mischke, Lehrbuch der Lacktechnologie
DIN EN ISO 2431

Übungsblatt Ü-146

Prüfen, ob es sitzt.

Verständnis8 Punkte

1. Vergleichen Sie Flexo- und Tiefdruck hinsichtlich Druckform, Farbübertragung, typischer Viskosität und Schichtdicke.

Musterlösung anzeigen

Flexo — DruckformFlexible Photopolymerplatte (Klischee); Hochdruck. Aniloxwalze dosiert die Farbe.

Flexo — Viskosität/Schichtdicke50–300 mPa·s; Schichtdicke 1–5 µm.

Tiefdruck — DruckformVerkupferter Stahlzylinder — die Näpfchen werden in die Kupferschicht graviert oder geätzt, anschließend wird verchromt (Tiefdruckform); vertieftes Druckprinzip.

Tiefdruck — Viskosität/Schichtdicke50–150 mPa·s; Schichtdicke 1–8 µm (durch Näpfchengeometrie einstellbar).

GemeinsamBeide niedrigviskos; Trocknung überwiegend durch Verdunstung (LM oder Wasser) oder UV.

Warum das eine Eins verdientDruckform, Viskosität und Schichtdicke für beide Verfahren korrekt; Gemeinsamkeiten genannt.

Berechnung8 Punkte

2. Eine Flexofarbe soll von 200 mPa·s auf 120 mPa·s eingestellt werden. 100 kg Farbe werden mit einem Lösemittel (η ≈ 1,5 mPa·s) verdünnt. Schätzen Sie (vereinfacht linear): wie viel Lösemittel ist nötig? Was ist bei dieser Näherung zu beachten?

Musterlösung anzeigen

Ansatz linearZielanteil LM x: η(ziel) ≈ η(farbe) · (1−x) + η(LM) · x

Rechnung120 ≈ 200 · (1−x) + 1,5 · x → 120 = 200 − 198,5x → x = 80/198,5 ≈ 0,403

Lösemittelanteil der Mischungx ≈ 0,403, das Lösemittel macht also rund 40 % der fertigen Mischung aus.

Lösemittelmenge je 100 kg FarbeGefragt ist die Zugabe zu 100 kg Farbe, nicht der Anteil an der Mischung: m(LM) = 100 kg · x / (1 − x) = 100 · 0,403 / 0,597 ≈ 67,5 kg.

EinschränkungDie lineare Näherung überschätzt den Lösemittelbedarf drastisch — real fällt die Viskosität annähernd exponentiell mit dem Lösemittelanteil (logarithmische Mischungsregel: hier nur rund 10 % Lösemittel, also etwa 12 kg). Der lineare Wert ist nur eine obere Abschätzung; tatsächliche Zugabe immer schrittweise im Labor einstellen und nachmessen. Temperatur angeben.

Warum das eine Eins verdientLineare Näherung angewendet; Einschränkung (Nichtlinearität, Messnotwendigkeit) korrekt genannt.

Anwendung8 Punkte

3. Eine PE-Folie soll mit einer wasserbasierten Flexofarbe bedruckt werden. Die Farbe haftet schlecht und perlt ab. Beschreiben Sie Ursache und Maßnahmen.

Musterlösung anzeigen

UrsachePE hat eine niedrige Oberflächenenergie (ca. 30–33 mN/m). Wässrige Farben (Oberflächenspannung ca. 40 mN/m) können die Oberfläche nicht benetzen.

MessungOberflächenenergie mit Prüftinten (Dyne-Test) bestimmen; Zielwert nach Vorbehandlung ≥ 38–42 mN/m.

MaßnahmenCorona-Behandlung oder Beflammung der Folie erhöht Oberflächenenergie; Effekt lässt mit Zeit nach — möglichst kurz nach Behandlung bedrucken.

FarbeNetzmittel in der Farbe können Oberflächenspannung senken, ersetzen aber keine Substratvorbehandlung.

Warum das eine Eins verdientNiedrige Oberflächenenergie als Ursache; Vorbehandlung, Dyne-Test und zeitlicher Aspekt genannt.

↪ Diese Tafel im interaktiven Lernwerk öffnen