06UV-FARBEN RICHTIG AUSHÄRTENDIE BEDEUTUNG DER AUSHÄRTUNGVON UV-FARBENFÜR DAS DRUCKERGEBNIS

Martin KremmeterLabor: UV-Farbsysteme

In den letzten Jahren haben sich die

UV-Technologie und der Einsatz von

UV-Farben im gesamten Druckbereich

mehr und mehr durchgesetzt. Speziell

bei schnelllaufenden Druckprozessen

von Rolle zu Rolle oder hohen Stück-

zahlen ist die sekundenschnelle Aus-

härtung gedruckter Farben ein ent-

scheidender Faktor und hat zu deutli-

chen Produktionssteigerungen geführt.

So sind in den Bereichen Offset- und

Flexodruck heutzutage mehr und mehr

UV-Produkte anzutreffen.

Im Bereich Siebdruck spielt die UV-Technologie einen weiteren Trumpf aus,nämlich die unbegrenzte Sieboffenhaltung.Ein Eintrocknen der Farbe im Sieb ist nichtgegeben, weshalb feinste Details überdie gesamte Auflage gehalten werdenkönnen ein entscheidender Faktor beimRasterdruck oder bei einem Maschinen-stopp von Mehrfarbensiebdrucklinien.

Auch bei der Verarbeitung von UV-Farbengibt es Bereiche, worauf der Drucker ver-stärkt sein Augenmerk legen muss. DieHärtung der Farben im UV-Trockner stelltsich vielfach noch als die unbekannteGröße im Druckprozess heraus.

In der Praxis fragt sich der Verarbeiterimmer wieder, ob die gedruckte Farberichtig ausgehärtet ist. Eine nicht optimaleAushärtung wirkt sich nämlich drastischauf die Endeigenschaften wie Haftung,Glanz und chemische Beständigkeit aus.

In unserem Laboralltag treten auch Fälleauf, bei denen Ergebnisse erster Andruck-versuche später mit den Ergebnissen derAuflage nicht mehr übereinstimmen, ob-wohl dieselbe Farbe und dasselbe Materialverwendet wurden. Oft stellt sich dabeiheraus, dass Tests und Auflage mit unter-schiedlichen UV-Trocknern durchgeführtwurden und hier der Grund des Problemsliegt.

Um dieses Phänomen näher beleuchtenzu können, müssen wir etwas in dieTheorie der UV-Härtung einsteigen.

WAS PASSIERT BEI DERUV-HÄRTUNG?

Bei der Aushärtung von UV-härtendenSiebdruckfarben handelt es sich chemischgesehen in erster Linie um eine radikali-sche Polymerisation. Einfach ausgedrücktspielt sich dabei eine Aneinanderkettungvon kleinen und mittelgroßen Molekülen(Monomere und Oligomere) ab, und esentsteht ein größeres Gebilde. Könnendie eingesetzten Bestandteile nur an einer

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Stelle wachsen man spricht hier von ein-funktionellen Monomeren und Oligome-ren, so entstehen lineare Ketten. Die aus-gehärteten Farbfilme verhalten sich dannähnlich zu 1-Komponenten-Lösemittel-farben und sind relativ flexibel, thermischverformbar und wenig chemikalienfest.Werden Rohstoffe eingesetzt, die an zweioder mehreren Stellen weiter wachsen(mehrfunktionelle Monomere und Oligo-mere), so ergeben sich mehr oder wenigerstark verknüpfte Netzwerke. Es resultierenEndeigenschaften der ausgehärtetenUV-Farben von wenig flexibel bis glasartigspröde, thermisch nicht verformbar undgut chemikalienfest. Diese Farben sindim weitesten Sinne vergleichbar mit2-Komponenten-Lösemittelfarben.

Die Kunst der UV-Farbentwicklung bestehtdabei darin, die verfügbaren Rohstoffe sozu kombinieren, dass die gewünschtenEndeigenschaften erreicht werden.

Betrachtet man den Aushärtungsprozessgenauer, spielt sich dabei folgendes ab:Die in der UV-Farbe enthaltenen Photo-initiatoren, die eigentlichen Starter derReaktion, brechen unter Einwirkung vonUV-Licht auseinander und bilden Radikale.Diese Radikale reagieren mit den reaktivenZentren (sog. Doppelbindungen) der Mono-

mere und Oligomere, wobei die Doppel-bindungen aufklappen und das Radikalweitergeben. Dadurch entsteht eineimmer länger werdende Kette bzw. eingrößer werdendes Netzwerk.

Die anfangs flüssige Farbe wird währenddieses Prozesses mehr und mehr zäh.Ab einem bestimmten Punkt kommt dieReaktion zum Erliegen, da aufgrund derfehlenden Beweglichkeit die Radikale undDoppelbindungen nicht mehr zueinanderfinden und regelrecht eingefroren werden.Eine feste Farbe resultiert. Diese ausgehär-tete Farbe besitzt weiterhin noch reakti-onsfähige Doppelbindungen, welche aberwegen der Unbeweglichkeit nicht mehrzueinander finden und reagieren können.

Man sagt, dass bei optimaler Aushärtungvon UV-härtenden Farben nur ca. 70-80%der enthaltenen Doppelbindungen umge-setzt werden können.

Der Vollständigkeit halber sei noch er-wähnt, dass es neben der beschriebenenradikalischen Polymerisation noch den Typder kationischen Polymerisation gibt, deranstelle von Doppelbindungen und Radi-kalen über Epoxidgruppen und Säurenabläuft.

WELCHE AUSWIRKUNG HAT DIESAUF DAS HÄRTUNGSERGEBNIS?

Um optimale Endeigenschaften einer UV-Farbe zu erhalten, ist es das Ziel, möglichstviele der in der Farbe enthaltenen Doppel-bindungen reagieren zu lassen. Dies wirdam ehesten erreicht, wenn das gesamtebenötigte UV-Licht auf einen Schlag aufdie Farbe trifft und die Reaktion in Gangbringt. Trifft zu wenig UV-Licht auf dieFarbe, werden zu wenige Doppelbindun-gen umgesetzt und die Farbe zeigt nichtdie gewünschten Endeigenschaften. Aucheine bereits angehärtete Farbe, welchenochmals mit UV-Licht bestrahlt wird,reagiert nur noch wenig weiter, da dieBeweglichkeit der reaktiven Gruppenbereits fehlt.

Bildlich gesprochen macht es beim „Hauden Lukas“ ja auch einen Unterschied, obman drei leichte Schläge mit dem Hammermacht oder mit einem dreifach starkenSchlag die Glocke erklingen lässt.

MESSEN DER UV-ENERGIE

Um UV-härtende Siebdruckfarben sicherverarbeiten zu können, ist die ständigeKontrolle der UV-Trockner unbedingt erfor-derlich. Für Durchlauftrockner kann diesam besten mit einem UV-Integrator be-werkstelligt werden. Dies sind in der Regelflache Scheiben, welche mit dem Trans-portband unter der UV-Lampe durchgefah-ren werden. Eine Photozelle misst inner-halb eines bestimmten Wellenlängen-bereiches das auftreffende UV-Licht undzeigt die Strahlerleistung als Zahlenwertin der Einheit mJ/cm2 an.

Ein ermittelter Messwert in mJ/cm2 giltjedoch streng genommen nur für denvermessenen UV-Trockner bei einer be-stimmten Bandgeschwindigkeit in Verbin-dung mit dem eingesetzten UV-Integrator,weil es sowohl in der Konstruktion derTrockner als auch bei den UV-Integratorenverschiedener Hersteller große Unter-schiede gibt.

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Bei den UV-Trocknern gibt es neben derStärke der eingesetzten UV-Lampen (z.B.100 W/cm oder 120 W/cm) auch unter-schiedliche Konstruktionen der Spiegel.So reflektieren manche Spiegelsystemedas nach oben abgestrahlte UV-Lichtin einem breiten Bereich nach unten. Manspricht hier von nicht fokussierten bzw.diffusen Reflektoren. Bessere Härtungs-ergebnisse werden in der Regel mit fo-kussierten Spiegelsystemen erzielt, wobeidas UV-Licht auf einen oder zwei Punktegebündelt wird. Hier gibt es Leistungs-spitzen, bei denen extrem viel UV-Lichtfür die Aushärtung der UV-Farbe zur Ver-

Die Zahlenwerte der Tabelle zeigen, dassdie gemessenen mJ/cm2 Werte der ver-schiedenen UV-Integratoren extrem von-einander abweichen und zum Teil mehrals das Doppelte betragen. Dies verdeut-licht, wie wichtig die Angabe des verwen-deten UV-Integrators ist, wenn einzelneMesswerte miteinander verglichen werden.

Soll eine bestimmte UV-Farbe für einenDruckauftrag eingesetzt werden, so istanhand des technischen Merkblatts derUV-Energiebedarf der Farbe zu ermitteln,da es eine Vielzahl von UV-Farbsystemengibt, die teilweise einen sehr unterschied-lichen Energiebedarf aufweisen. DermJ/cm2 Wert ist auf den jeweiligen eige-nen UV-Integrator anhand der Tabelle zuübertragen. Durch die Durchführung vonVorversuchen auf Originalmaterial bei ent-sprechender UV-Energie bzw. Bandge-schwindigkeit kann dann die Eignung derFarbe geprüft werden.

VERGLEICHSMESSUNGENMIT VERSCHIEDENEN UV-INTEGRATOREN

fügung steht und die Polymerisationoptimal ablaufen kann. Somit kann espassieren, dass bei einem UV-Trocknereine Farbe bei einem bestimmten mJ/cm2

Wert härtet (fokussierender Reflektor),bei einem zweiten UV-Trockner jedochnicht härtet (breit streuender Reflektor).Der Zahlenwert des UV-Integrators sagtdabei nichts über die erzielte UV-Leistungs-spitze aus. Bei der Lampenstärke giltim Allgemeinen die Regel, dass leistungs-stärkere Brenner ein besseres Durch-härtungsergebnis der Farbfilme liefern alsschwächere Brenner. Vorsicht geboten istebenfalls beim Vergleich von Messwerten

Zur Prüfung der ausreichenden Härtungund Haftung der Farbe stehen dem Druckerdie bekannten Prüfmethoden Finger-nagelkratztest und Gitterschnittprüfungmit anschließendem Tesatest zur Ver-

fügung. Bei ausreichend polymerisiertenFarbfilmen ergeben diese Tests die ge-wohnten Eigenschaften von ausreichenderHärte, guter Haftung und Kratzfestigkeit.Keinesfalls sollte die Farbe wachsartigweich bleiben, da dies meist auf eine un-genügende Aushärtung hindeutet, wasspeziell bei deckenden Farbtönen auftretenkann.

von Integratoren unterschiedlicher Her-steller. Da hier keine Norm besteht, ver-wendet jeder Hersteller etwas andereMesssysteme. Die unten aufgeführteTabelle zeigt die Unterschiede dreier nam-hafter Hersteller auf und soll dem Anwen-der ebenfalls weiterhelfen, seine Mess-werte mit Werten anderer Hersteller zuvergleichen. Wir im Hause Coates verwen-den die UV-Integratoren der Fa. Kühnast.Dies soll nicht als Wertung zwischen denverschiedenen Herstellern verstandenwerden, da alle drei Geräte tadellos funk-tionieren und vielfach in der Praxis anzu-treffen sind.

Martin Kremmeter

(09 11) 64 22-277 (09 11) 64 22-283martin.kremmeter@sunchemical.com

Hersteller UV-IntegratorMesswert in mJ/cm2

Trockner Technigraf1 Lampe 120 W/cm*

Abschließend kann gesagt werden, dassfür die Härtung von UV-Farben die Kontrol-le der UV-Trockner durch ein Messgerätwie z.B. einen UV-Integrator dringendzu empfehlen ist. Nur so lässt sich einLeistungsabfall des Geräts durch Lampen-schwäche oder Reflektorverschmutzungfeststellen. Weiterhin sind Messwerteder Integratoren unterschiedlicher Her-steller nicht direkt miteinander vergleich-bar, sondern müssen meist auf den eige-nen Typ umgerechnet werden. Durch dieÜberwachung der ermittelten Härtungs-parameter während des Auflagendruckeskann eine kontrollierte Aushärtung der UV-Farben erzielt werden und die Stärkendieser Technologie können optimal genutztwerden.

TIPP

S FÜ

R D

IE P

RAXI

S

KÜHNAST BELTRON TECHNIGRAF

Bandgeschwindigkeit m/min

5 518 1083 1330

10 253 517 646

20 130 280 335

30 85 186 222

40 63 135 164

*