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Diese fünf technischen Fortschritte in der UV-Härtung sollte man kennen

von FESPA Staff | 28.02.2018
Diese fünf technischen Fortschritte in der UV-Härtung sollte man kennen

Laut einer Studie von Smithers Pira wird Strahlenhärtung zur Schlüsseltechnologie, die für einen Produktivitätsschub auf dem Druckmarkt sorgen wird.

Smithers Pira erläutert die Schlüsseltechnologie Strahlenhärtung, die auf dem Druckmarkt für einen Produktivitätsschub sorgt.

Laut der Studie „The Future of Radiation Curing for Print Markets to 2022 wurden im Jahr 2017 bei etwa 1,38 Billionen A4-Drucke verwendete Farben und Lacken mittels UV- bzw. Elektronenbestrahlung gehärtet. Das entspricht einem Marktwert von 63,4 Milliarden US-Dollar. Die Produktionsmenge dieses Marktes wächst dabei jährlich um zwei bis drei Prozent.

Die Umsätze mit Farben wachsen im Verhältnis schneller als die des gesamten Grafik- und Verpackungsmarktes. Denn Anwender nutzen Vorteile der Sofort-Trocknung, um ihre Produktionseffizienz zu steigern. Dazu bedienen sie sich sowohl dekorativer als auch funktionaler Eigenschaften von Farben und Beschichtungen. Die Sofort-Trocknung bei der Strahlenhärtung spart nicht nur Zeit, sondern ermöglicht eine ganze Reihe weiterer Optimierungen über den gesamten Produktionsprozess.

Während die Druckvolumen im Markt zwischen 2012 und 2022 um drei Prozent zurückgehen sollen, werden der Druckbereich mit Strahlenhärtung sowie der immer noch boomende Verpackungssektor ihre Marktanteile erhöhen. Die Strahlenhärtung wird in diesem Zeitraum um 25 Prozent an Volumen und 33,6 Prozent an Wert zulegen.

Smithers Pira erläutert die Schlüsseltechniken bei Farben- und Lackzusammensetzungen und die Härtungstechniken, die diesem Wachstum zugrunde liegen.

Niedrigenergie-Härtung

Die Methoden der UV-Härtung verändern sich. Überwiegend wurde die Trocknung mit UV-Licht bis ins vergangene Jahr noch immer mit Quecksilberdampf-Quarz-Lampen durchgeführt. Allerdings verlangen die Leuchten lange Vorwärmphasen und entwickeln gegen Ende ihres Lebenszyklus Risiken für Gesundheit und Umwelt.

Diese Beschränkungen verdeutlichen die Vorzüge der Niedrigenergie-Härtung. Solche Systeme wurden entwickelt, um Drucke mit einem sehr viel geringerem Energiebedarf als dem der herkömmlichen Quecksilberdampflampen zu trocknen, und zwar mit einzeln dotierten Quecksilberlampen.

Verwendet werden dabei Spezialtinten, die den traditionellen Tinten und Lacken in der UV-Härtung überlegen sind. Die verwendeten Leuchten strahlen nicht im Bereich kürzerer UV-Wellenlängen, weshalb kein Ozon entsteht und die entsprechende Anforderung an Absaugung und Entsorgung entfällt. Da auch weniger überschüssige Wärme entsteht, wird auch geringere Leistung von der Kühlung gefordert und der Energieverbrauch weiter reduziert.

Die Technik wird gerade in Nordamerika und Europa eingeführt. Niedrigenergie-Curing kann auf Wendemaschinen mit zwei Lampen eingesetzt werden, um beide Seiten zu trocknen. Komori ersetzt in seinen Wendemaschinen die Heißluftgebläse mit H-UV-Technologie, was auch deren Platzbedarf reduziert. Das spielt etwa im heimischen Markt Japan eine große Rolle, denn angesichts hoher Immobilienpreise bedeutet Platzeinsparung auch erhebliche Kostenvorteile.

UV LED-Härtung

Bei der UV LED-Härtung kommen Leuchtdioden zum Einsatz, die nur ein schmales Band der UV-Wellenlängen emittieren und wobei eine UV-Energiespitze erzeugt wird. Dadurch verteilt sich das Licht gleichmäßig über das gesamte Spektrum, sowohl des sichtbaren wie infraroten Bereichs.

Die LED-Härtung verspricht sogar geringeren Energieverbrauch als die Niedrigenergie-Systeme mit Quecksilberleuchten. Sie lassen sich verzögerungsfrei schalten, was die Wartezeit bis zur vollen Leuchtleistung der Lampen verkürzt. Außerdem wird durch geschickte Synchronisation von Druck und Härtung noch mehr Energie eingespart. Von Nachteil sind die eingeschränkte Verfügbarkeit passender Farben und deren derzeit hohes Preisniveau.

Das Angebot an UV-LEDs wächst und spiegelt die allgemeine Verbreitung von LEDs in Lichtinstallationen. Druckunternehmen, die bereits UV-LEDs einsetzen, berichten einen Energieverbrauch, der bis zu 70 Prozent unter dem von konventionellen UV-Systemen liegt. Ein anderer Vorteil von UV-LED-Systemen liegt in ihrer Farbbrillanz, die auf den höheren Pigmentgehalt zurückgeht.

In einigen europäischen Ländern dringt UV-LED bereits aus Nischenanwendungen in Bereiche mit höheren Auflagen, wie etwa dem Bogendruck, vor. Dort punktet die Technik mit ihrer hohen Farbstärke.

Elektronenstrahl-Härtung

Elektronenstrahl-Härtung regt die Polymerisation freier Radikale durch einen leistungsstarken Elektronenstrahl an. Ein Vorhang beschleunigter Elektronen wird in einer evakuierten Kammer auf die bedruckte Oberfläche gerichtet. Energetisch aufgeladene Elektronen gelangen durch eine Fensterfolie aus Titan zur feuchten Tintenschicht, von der die Energie absorbiert wird und so der Härtungsprozess beginnt.

Der Vorteil dieser Technik ist das tiefe Vordringen der Elektronen in die Farbschicht. Dadurch wird sichergestellt, dass die Aushärtung nicht nur auf die Oberfläche beschränkt bleibt.

Derzeit werden Anstrengungen in der Entwicklung unternommen, die Verbreitung des Verfahrens durch geringere Kosten und kleinere Elektronenstrahl-Härtungseinheiten zu befördern. Dies gilt auch für Bogendruck-Prozesse und Farbtechniken für Flexo- und Tiefdruck. Der Anteil des Elektronenstrahlverfahrens in der Strahlenhärtung bleibt aber gering, bei vier bis fünf Prozent im Jahr 2017 – noch am höchsten in Nordamerika, andernorts geringer.

Tinten und Lacke mit geringer Migration

Da die Strahlenhärtung für Verpackungen der Nahrungsmittel-, Pharma- und Tabakindustrie weitflächig zum Einsatz kommt, gilt es sicherzustellen, dass keine Farbpartikel der bedruckten Verpackung auf oder in das Produkt gelangen und organoleptische Wirkungen verursachen. Das gilt ganz besonders in der Tabakwarenverpackung, wo die Kriterien für geruchsfreie und migrationssichere Verpackungen von der hygroskopischen Natur des Tabaks bestimmt werden.

Geruch und Verschmutzungen sind ein Risiko für alle Umformungsprozesse. Farbhersteller mischen Tinten mit geringer Migration aus ausgewählten Bestandteilen, wodurch sichergestellt werden soll, dass die Migration aus dem entstehenden Drucktintenfilm sich innerhalb der erlaubten Grenzwerte bewegt.

Tintenhersteller dürfen die Bestandteile der Farben aus der Liste anerkannter Inhaltsstoffe wählen bzw. neue Materialklassen zugreifen, wenn diese geringere Kontaminierungsgefahren bergen. Dies fließt auch in aktuelle Gesetzgebungsverfahren ein, wie es bereits 2017 für die EU, aber auch anderen Märkten wie Japan angekündigt wurde.

Hybride Tinten

Verschiedene Farbenhersteller versuchen sich an neuen Methoden der Tintenmischung, um den Anwendungsbereich von UV- und Elektronenstrahltinten zu erweitern und ihre Leistung in der Druckmaschine zu verbessern.

Bei elastischen Verpackungen in üblichen Flexo-Druckmaschinen gibt es nur begrenzten Platz für die Zwischentrocknung, weshalb die Hersteller UV- und Elektronenstrahl-gehärtete Tinten auf Wasser- und Lösungsmittelbasis entwickeln. Diese dienen als Verdünnungsmittel und bewirken eine leichte Verdunstung während des Druckvorgangs, wodurch der nass-auf-nass Farbauftrag verbessert wird.

Es gibt auch Entwicklungen im wasser-basierten Elektronenstrahl-Tiefdruck. IdeOn etwa benutzt bei Amgraph Packaging in Connecticut für Elektronenstrahl-gehärtete Tiefdruckfarben Wasser als Verdünnungsmittel.

Ein erheblicher Vorteil dieser hybriden Farben ist, dass sie nicht als gefährliche Materialien klassifiziert sind, im Gegensatz zu 100 Prozent festen UV-Tinten und Beschichtungen. Daher sind die Hersteller nicht gezwungen, ein Gefahrgut-Label auf die Verpackung zu kleben, und können sie in großen Mengen versenden. Bei UV-Tinten, die als gefährlich eingestuft werden, darf ein Versandbehälter nur bis maximal 25 Liter fassen.

"The Future of Radiation Curing for Print Markets to 2022" ist eine quantitative globale Marktstudie, die wichtige Techniken für die Strahlenhärtung, Marktprognosen bis 2022, geordnet nach Härtungsverfahren, Druckverfahren und Endnutzer-Anwendung nennt. Für weitere Details finden Sie den Download der Broschüre hier.

Die FESPA Global Print Expo zeigt bahnbrechende UV LED-Technik

Die FESPA betont ihr Bekenntnis zum Industriemarkt und hält ihn für ein Wachstumssegment im Großdruck.

Auf der FESPA Global Print Expo vom 15. - 18. Mai in Berlin sehen Sie die neuesten UV LED-Druckmaschinen in Aktion und können Muster mitnehmen.

Auf der offiziellen Website der FESPA 2018 finden Sie neben der Registrierung für die Veranstaltung einen aktuellen Hallenplan und erfahren mehr über die verschiedenen Sonderschauen.

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