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News IST METZ / Allgemein

UV sauerstoffreduziert - Direktionisation

Eine perfekte Kooperation zwischen sich gegenseitig ergänzenden Unternehmen: IST METZ und BARCO Graphics

Die Herausforderung
IST METZ hat auf der drupa 2000 eine neue kompakte Härtungs-einheit, mit der Bezeichnung BLK-U, vorgestellt.
Dieses UV-Aggregat arbeitet mit einstell-baren Restsauerstoffkonzentrationen. Die Bandbreite reicht von Betrieb mit Luft bis hin zu sauerstoffreduziertem Betrieb mit niedrigsten O2-Restwerten.
Gleichzeitig benötigt dieses Aggregat keine Quarzplatte zur Separierung von Kühlgas- und Inertgasstrom. Dies erhöht die Effektivität der kurzwelligen UV-Leistung auf dem Objekt. Ausserdem wird die Wärmeeinstrahlung auf das Objekt durch die Verwendung von Kaltlichtspiegeln, welche auf das gewünschte Lampenspektrum abgestimmt sind, um ca. 40 - 50 % reduziert.
Von dieser Neuentwicklung hat kürzlich die Firma BARCO Graphics Gebrauch gemacht.
Durch den Markstart von the.factory (ausgesprochen the-dot-factory) - erstmals vorgestellt auf der drupa 2000 - wird BARCO Graphics zum ersten Unternehmen, das Höchstgeschwindigkeit, variable Daten und das digitale Drucken in Farbe in Industrieanwendungen integriert. Diese neu konzipierte Druckmaschinenfamilie - the.factory - besteht heute aus einer Pilotlinie von einzigartigen und außergewöhnlich leistungsstarken digitalen Tintenstrahldruckmaschinen, die an die Bedürfnisse des wachsenden IVIP (Industrial Variable InkJet Printing) Markts angepasst sind.
BARCO Graphics untersucht momentan im Rahmen dieses the.factory die Härtungseigenschaften von verschiedenen UV InkJet-Druckfarbenkombinationen. Diese variablen Druckfarben haben eine geringe Viskosität und eine Schichtdicke zwischen 3 und 18 µm. Ohne Abdeckung mit Inertgas ist eine vollständige Härtung dieser Druckfarben nicht möglich. Aus wirtschaftlichen Gründen wird vorzugsweise Stickstoff eingesetzt. Aus diesem Grunde sucht BARCO Graphics nach neuen Druckfarbenkombinationen mit höherer Reaktivität und stark reduziertem Photoinitiatoranteil.

Versuchsergebnisse
Erst kürzlich wurden im Hause IST METZ gemeinsame Grundlagenuntersuchungen unter Anleitung der Barco Graphics Entwicklungsabteilung durchgeführt.
Hierbei konnten im Laufe dieser Versuche folgende Resultate erarbeitet werden:
1. Vollständige Härtung von InkJet-Druckfarbe in einer Schichtdicke bis 14 µm ohne Photoinitiator unter sauerstoffreduzierten Bedingungen.
2. Das gleiche Ergebnis wurde erreicht mit einem geringen Photoinitiatoranteil bei einem wesentlich höheren Restsauerstoffanteil.

Wirtschaftliche Bedeutung des Verfahrens
Kombiniert man InkJet-Druckfarbenhärtung mit niedrigem Fotoinitiatoranteil (PI) und UV-Härtung unter Inertgasatmosphäre (sauerstoffreduzierter Betrieb) miteinander, so gleichen sich die Aufwendungen für den Quadratmeterpreis aus oder werden sogar niedriger im Vergleich zu Standard-Härtungskombinationen.

Die industrielle Innovation
the.factory ermöglicht das Drucken sämtlicher Prozessfarben und zusätzlicher Spotfarben in einem Durchgang auf einer einseitigen Rolle-auf-Rolle-Anordnung. Sie kann bis zu 800 m2/h mit kompletten variablen Bildern bei 360 dpi bedrucken. Barco hat ein extrem modulares System entwickelt. Der Kunde kann aus einer Reihe von Druckbreiten (14 bis 63 cm) und verschiedenen Farben (bis zu 6 Farben) sowie auch aus zusätzlichen Spotfarben auswählen.

Technischer Hintergrund
Wird der aus der UV-Lampe emittierte energiereichste Wellenlängenbereich bei 200 - 240 nm in sauerstoffreduzierter Atmosphäre nicht von dem Sauerstoff der Luft und der Ozonbildung absorbiert, so kann er, da seine Energie gleich oder größer einer C=C Doppelbindung ist, zur sogenannten direkten Ionisation führen und die Radikal-kettenpolymerisation ausführen. Das Ergebnis ist eine Druckfarbentrocknung ohne Initiator, die allen Tests standhält und gleichzeitig bezüglich des Fotoinitiators geruchsneutral ist.
Außerdem wird die Kettenbildung nicht durch Luftsauerstoff gestört, was zu einer vollen Härtung in der obersten Druckfarbenschicht führt.
Da die Forderung 1.000 ppm Restsauerstoff für industrielle Applikationen bereits einen gewissen Aufwand im Anlagenbau darstellt, kann ein Kompromiss zwischen Fotoinitiatorgehalt und Restsauerstoffkonzentration die Notwendigkeit eines sicheren Ablaufs der Härtung im Alltagsgebrauch am sichersten erfüllen. Gleichzeitig erreicht man eine optimale Kosten-Nutzen-Darstellung bei entsprechender Fensterbreite der Produktionssicherheit. Einsatz des Verfahrens im indirekten Lebensmittelkontakt ist möglich.
Wird zur Farbenhärtung ein UV-Aggregat mit Kreislaufbetrieb der Lampenkühlung und Stickstoffzusatz zu diesem Kreislaufbetrieb eingesetzt, kann der Verbrauch an Inertgas auf ein Minimum reduziert werden. Der Einsatz einer Quarzglasscheibe, welche insbesondere kurzwellige Anteile des UV-Lichts absorbiert, entfällt.
Werden im UV-Aggregat hochwertige dielektrische Schichten zur besonderen Reflektion des energiereichen, kurzwelligen Lichts ab 200 nm und nicht über 450 nm eingesetzt, erwärmt sich das Substrat ca. 40-50 % weniger als bei herkömmlichen Reflektoren unter voller Ausnutzung des Lichtanteils, welches zur direkten Ionisation beiträgt.
Eine Kombination von UV-Aggregat mit verstärkt langwelligem UV-Licht (Ga) und einer klassischen UV-Lampe als Endtrocknung (Hg) wird bei der Härtung von dicken Schichten, welche nass in nass gedruckt sind, sichere Trocknungsergebnisse ergeben.