Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung bzw. überprüfung der Durchhärtung eines mit Druckfarbe bedruckten Objektes nachdem dieses einen Druckprozess durchlaufen hat, sowie eine entsprechende Vorrichtung.

Verfahren, die ein ähnliches Ziel auf andere Art und Weise erreichen wollen, sind aus der Kontrolle der Durchhärtung von UV-Druckfarben bzw. UV- Lackschichten bekannt. Bei einem dieser Verfahren werden Schichten von UV- Druckfarben bzw. UV-Lacken mit Lösemitteln, vorzugsweise Aceton in Kontakt gebracht. Löst sich die Druckfarbe bzw. der Lack in dem Lösemittel, so ist die Durchhärtung nicht vollständig erfolgt. Auch Verfahren, bei denen man die Penetration radioaktiv markierter Lösemittel in die jeweiligen Druckfarben bzw. Lacke messtechnisch erfolgt, sind bekannt. Ferner sind spektroskopische Messverfahren bekannt, die durch die Messung der Absorptionsänderung von Acrylaten im nahen Infrarotbereich Aussagen über die Durchhärtung der mit UV -Licht gehärteten Druckfarben bzw. Lacke ermöglichen. Auch mechanisch arbeitende Prüfgeräte, die die Eindringtiefe von Kegeln oder Nadeln in Druckfarben bzw. Lacken als Maßeinheit für die Durchhärtung von Druckfarben bzw. Lacken benutzen, sind bereits bekannt.

Alle diese Verfahren sind zur Kontrolle der Durchhärtung nur bedingt einsetzbar. Im Falle der Lösemittelpenetration ist es notwendig, durch aufwendige Vorversuche festzustellen, welches Lösemittel als Marker für die spezielle Farbe bzw. den zu untersuchenden Lack geeignet ist. Das bei der Entwicklung des Verfahrens üblicherweise verwendete Aceton kann nicht für alle Farben und Lacke des Marktes verwendet werden. Die spektroskopischen

Methoden sind kostenintensiv und nur bei den im Vergleich zu Druckfarbenschichten weitaus größeren Schichtdicken von Lacken anwendbar. Die schnelle Kontrolle der Durchhärtung von Druckfarbenschichten bzw. Lackschichten ist in vielen Bereichen der Drucktechnik interessant. Ein Anwendungsgebiet ist die Kontrolle der Durchhärtung von strahlenvernetzenden Beschichtungen. Hier bestehen eine ganze Reihe von Einflussgrößen auf den Durchhärtungsprozess wie Intensität und Alterung der S trahlungs quellen, Temperatur der Strahlungsquelle, Schwankungen der Initiatormenge in der Druckfarbe bzw. im Lack, Unterschiede im Penetrationsvermögen der Druckpapiere bzw. im Benetzungsverhalten von Folien oder Einflüsse durch das mit dem Feuchtemittel (beim Offsetdruck) in die Druckfarbe bzw. in den Lack eingearbeitete Wasser usw.

Unbemerkte Veränderungen dieser Produktionsparameter können zu Qualitätsproblemen führen, die im Regelfall eine Neuproduktion erforderlich machen. Ein weiteres Anwendungsgebiet ist die Kontrolle von oxidativ trocknenden Farben bzw. Lacken vor der Weiterverarbeitung. Der Druck mit diesen Druckfarben bzw. Lacken erfordert gewöhnlich Wartefristen von mindestens einem Tag bevor der Buchbinder die Druckprodukte binden kann, da bei diesem Bindevorgang starke mechanische Kräfte auf das Druckprodukt einwirken können. Die vor der Weiterverarbeitung notwendige Trocknungszeit der Drucke ist sehr stark abhängig von dem Druckfarbentyp, dem Klima und dem verwendeten Druckpapier. Eine Kontrolle des Trocknungsgrades bzw. der vollständigen Aushärtung des Druckproduktes vor der Weiterverarbeitung könnte helfen, die Wartezeiten zu verkürzen und die Sicherheit bei der Verarbeitung zu erhöhen.

Auch bei der Kontrolle von Druckprodukten, die zur Verarbeitung in Laserdruckern bestimmt sind, könnte das erfindungsgemäße Gerät benutzt werden. Hier kann es zu Ablagerungen auf der Fotoleitertrommel des Druckers bzw. zu Ablagerungen auf den Fixiersätteln der Hochleistungslaserdrucker kommen, wenn nicht vollständig ausgehärtete Druckfarben bzw. Lacke in den zur Verarbeitung in Laserdruckern vorgesehenen Formularen enthalten sind.

Eine weitere Anwendung könnte die Kontrolle der Tonerfixierung in Laserdruckgeräten sein. Hier werden thermisch fixierbare Partikel übertragen, die in einer Fixierstation aufgeschmolzen und durch diesen Schmelzvorgang weitgehend unlösbar mit der Papierbahn verbunden werden. Ist die Wärmeübertragung gestört, kann die Fixierung nur ungenügend stattfinden und eine erneute Wärmeeinwirkung führt dann u.U. zum Verkleben der Drucke.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung anzugeben, das bzw. die in kürzerer Zeit eine Aussage zum Trocknungsgrad von Druckfarben bzw. Lacken auf bedruckten Papieren, Folien oder anderen Werkstoffen ermöglichen.

Diese Aufgabe wird in verfahrenstechnischer Hinsicht mit den Merkmalen des Anspruches 1 und in vorrichtungs technischer Hinsicht mit den Merkmalen des Anspruches 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ein Kerngedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass ein mit Druckfarbe bzw. Lack bedrucktes Material unter Wärmeeinwirkung mit hohem Druck auf einen Konterwerkstoff gepresst wird. Durch diesen Vorgang kann im Fall einer nicht vollständig ausgehärteten Druckfarbe bzw. Lackes ein Teil dieser Druckfarbe bzw. Lackes auf das Kontermaterial übertragen werden. Die auf dem Kontermaterial befindliche Druckfarbenmenge bzw. Lackmenge dient dann als Beurteilungskriterium für die Durchhärtung. Soweit nicht eigens angegeben, sollen im vorliegenden Fall vom Begriff Druckfarbe auch Lacke, insbesondere transparente Lacke mit umfasst werden.

Von den Erfindern wurde erkannt, dass bei gleichzeitiger Einwirkung von Wärme und Druck auf ungenügend ausgehärtete Druckfarbenschichten sich Bedingungen finden lassen, die zur Wanderung der noch nicht durchgehärteten Druckfarben auf ein Kontermaterial führen können, ohne dass ausreichend

ausgehärtete Bestandteile der Druckfarbe auf das Kontermaterial übergehen.

Die chemisch-physikalischen Ursachen dieses Effektes sind noch nicht wissenschaftlich untersucht und werden wie folgt vermutet: Bei der Druckfarbentrocknung findet eine Vernetzung der in den Druckfarben befindlichen reaktiven Komponenten statt, wodurch hochmolekulare Substanzen entstehen. Durch die Erwärmung werden die in der nicht vollständig ausgehärteten Druckfarbenschicht befindlichen unvernetzten niedermolekularen Bindemittel der Druckfarbe verflüssigt und können damit in das Kontermaterial penetrieren. Der Schmelz- oder Erweichungspunkt der vernetzten hochmolekularen Produkte in der getrockneten Druckfarbe ist erwartungsgemäß höher als bei den unvernetzten Stoffen. Bringt man nun die Druckprodukte bei einer Temperatur mit dem Kontermaterial in Kontakt, die oberhalb des Verflüssigungspunktes der niedermolekularen Bindemittel und unterhalb des Schmelz- oder Erweichungspunktes der hochmolekularen Vernetzungsprodukte liegt, so können die verflüssigten niedermolekularen Bindemittel in das Kontermaterial penetrieren, während die nach der Durchtrocknung der Druckfarbe entstandenen hochmolekularen Produkte in der ursprünglichen Druckfarbenschicht verbleiben. Bei der Penetration der unvernetzten Bindemittel findet auch eine Wanderung der Pigmente statt. Aus diesem Grund ist es möglich, den auf das Kontermaterial übertragenen Anteil der Druckfarbe als Maß für den Aushärtungsgrad der Druckfarbe heranzuziehen. Beispielsweise kann durch einfache optische Betrachtung des Kontermaterials entschieden werden, ob die Druckprodukte ausreichend durchgehärtet sind.

Eine Erwärmung eines Druckproduktes zur Prüfung der Beständigkeit ist bekannt. Sie wird in Laboratorien bei der Testung von Druckprodukten mit hohen Anforderungen an die thermische Beständigkeit bereits benutzt. Die der Erfindung zugrundeliegenden Versuche haben aber überraschenderweise gezeigt, dass bei einer Erwärmung und gleichzeitiger Einwirkung von erhöhtem Druck auf dien Druckprodukt die Migration von unvernetzten

niedermolekularen Bindemitteln aus dem Inneren der Druckfarbenschicht deutlich effektiver verläuft als zu erwarten war. Gleichzeitig zeigten die Versuche, dass es Druck- und Temperatureinstellungen geben kann, bei denen keine bereits vernetzten Bestandteile der Druckfarbenschicht auf ein geeignetes Kontermaterial übertragen werden. Es ist somit möglich, mit einer Prüfvorrichtung die genau diese Bedingungen reproduzierbar einstellt, die Durchhärtung zu kontrollieren.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst demgemäß die folgenden Schritte: Erwärmen des mit Druckfarbe bedruckten Objektes in einem Erwärmungs schritt auf eine vorbestimmte Temperatur T _max , in Kontakt bringen des bedruckten Objektes in einem Pressschritt unter einem vorbestimmten Druck mit einem Kontermaterial und überprüfen bzw. Kontrollieren des unter Einwirkung von Wärme und Druck auf das Kontermaterial übertragenen Anteils der Druckfarbe als Maß für den Aushärtungsgrad der Druckfarbe.

Bevorzugtermaßen erfolgt der Erwärmungs schritt innerhalb des Pressschrittes; es ist aber auch denkbar, dass das mit Druckfarbe bedruckte Objekt bereits vor dem Pressschritt auf die Temperatur T _max gebracht wird. In einer besonders einfachen und zweckmäßigen Ausgestaltung erfolgt die Erwärmung allerdings zumindest weitestgehend innerhalb des Pressschritts.

Um reproduzierbare Bedingungen zu gewährleisten, erfolgt der Pressschritt über eine definierte Zeitspanne δt _p vorzugsweise über eine Zeitspanne von 1 Sekunde bis 15 Sekunden, weiter vorzugsweise über eine Zeitspanne von 2 Sekunden bis 5 Sekunden.

Der Erwärmungs schritt soll für die bereits angesprochenen reproduzierbaren Bedingungen vorzugsweise ebenfalls über eine definierte Zeitspanne δt _w erfolgen, vorzugsweise über eine Zeitspanne von 1 Sekunde bis 15 Sekunden, weiter vorzugsweise über eine Zeitspanne von 2 Sekunden bis 5 Sekunden. Besonders bevorzugt können die Zeiträume von Pressschritt und Erwärmungsschritt im Wesentlichen deckungsgleich sein derart, dass mit

Anpressen des bedruckten Objektes auf das Kontermaterial gleichzeitig die Erwärmung erfolgt.

Bevorzugtermaßen beträgt die im Erwärmungs schritt erreichte Temperatur T _max mindestens 80°C, vorzugsweise zwischen 140 ⁰ C und 220°C. In diesem bevorzugtermaßen gewählten Temperaturregime lässt sich eine besonders effektive überprüfung der Durchhärtung insbesondere von strahlenvernetzenden Druckfarben bzw. oxidativ trocknenden Druckfarben vornehmen.

Praktische Versuche haben ergeben, dass der im Pressschritt aufgewandte Druck vorzugsweise mindestens 0,5 bar, weiter vorzugsweise 3 bar bis 5 bar betragen sollte. In diesem Druckregime hat sich eine besonders effektive überprüfungsmöglichkeit der Durchhärtung von Druckfarben gezeigt.

Wenn der Erwärmungs schritt komplett innerhalb des Pressschrittes vorgenommen wird, was bevorzugtermaßen der Fall ist, so kann die Wärmebeaufschlagung des bedruckten Objektes in einer ersten Alternative über die gesamte Zeitspanne δt _p des Pressschrittes oder alternativ nur über einen vorbestimmten Zeitabschnitt innerhalb der Zeitdauer des Pressschrittes erfolgen.

Um eine möglichst hohe Wärmebeaufschlagung zu erreichen, gleichzeitig aber eine voreinstellbare Maximaltemperatur T _max nicht zu überschreiten, erfolgt im Erwärmungsschritt vorzugsweise die Aufheizung auf die vorbestimmte Maximaltemperatur T _max in einer raschen Aufheizphase und es wird im Anschluss die Temperatur im Bereich der Maximaltemperatur T _max über eine Steuerung bzw. Regelung im Wesentlichen konstant gehalten.

Um eine besonders zuverlässige überprüfung der Durchhärtung der Druckfarbe eines bedruckten Objektes zu erzielen, wird bei einem größeren Druckbogen das bedruckte Objekt ausgewählt, insbesondere aus einem Bereich mit einer möglichst flächenmäßig getrennten Bedruckung mit mehreren, vorzugsweise

allen Druckfarben. Eine gewisse flächenmäßige Ausdehnung einer zu überprüfenden Druckfarbe auf dem bedruckten Objekt wird angestrebt, um auf dem Kontermaterial einen Effekt bei nicht ausreichender Durchhärtung mit ausreichender Sicherheit wahrnehmen zu können.

In einer besonderen Ausgestaltung des vorliegenden Verfahrens wird als bedrucktes Objekt ein Kontrollstreifen aus dem Druckbogen ausgewählt. üblicherweise werden meist randseitig auf Druckbögen Kontrollstreifen vorgesehen, die für die vorliegende überprüfung vorteilhafterweise herangezogen werden können.

Meistens ist bei einem Mehrfarbendruck diejenige Druckfarbe bekannt, die am langsamsten bzw. am problematischsten trocknet. In einer besonderen Ausgestaltung des vorliegenden Verfahrens sollte das bedruckte Objekt bei Auswahl aus dem zu kontrollierenden Druckbogen zumindest einen flächigen Bereich dieser erfahrungsgemäß am langsamsten bzw. am problematischsten trocknenden Druckfarbe umfassen.

Das dem vorliegenden Verfahren unterzogene bedruckte Objekt kann insbesondere strahlenvernetzte Druckfarben und/oder oxidativ getrocknete Druckfarben und/oder strahlenvernetzte Lacke und/oder oxidativ getrocknete Lacke umfassen.

Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile anhand der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert.

Hierbei zeigt die Figur 1 eine erfindungsgemäße Prüfvorrichtung 11 in einer Schemadarstellung. Die Prüfvorrichtung 11 umfasst zunächst eine Presseinrichtung 14 mit einer ersten Pressbacke 15 (erstes Presselement) sowie einer zweiten Pressbacke 16 (zweites Presselement). Zwischen erster Pressbacke 15 und zweiter Pressbacke 16 befindet sich ein bedrucktes Objekt 12 sowie ein Kontermaterial 13. Dabei ist die bedruckte Seite des bedruckten Objektes 12

dem Kontermaterial 13 zugewandt. Bei der hier vorliegenden Darstellung liegt die erste Pressbacke 15 auf dem Kontermaterial 13, die zweite Pressbacke 16 am bedruckten Objekt 12 auf. Um eine Relativbewegung zwischen der ersten Pressbacke 15 und der zweiten Pressbacke 16 zu erzeugen, ist eine Anpressvorrichtung 24 vorgesehen, die über Getriebemittel 25 auf die beweglich gelagerte erste Pressbacke 15 einwirkt. Die zweite Pressbacke 16 ist bei der vorliegenden Ausführungsform feststehend angeordnet, so dass bei Betätigung der Anpress Vorrichtung die erste Pressbacke 15 über die Getriebemittel 25 in Richtung auf die zweite Pressbacke bewegt bzw. von ihr entfernt werden kann.

In der vorliegenden Ausführungsform ist eine Heizeinrichtung 17, 17' jeweils sowohl in der ersten Pressbacke 15 als auch in der zweiten Pressbacke 16 integriert. Die Heizeinrichtung kann als konventionelle elektrische Heizeinrichtung, insbesondere als Widerstandsheizeinrichtung oder in einer anderen geeigneten Ausgestaltung ausgebildet sein. über die Pressbacken 15, 16 werden bei der vorliegenden Aus führungs form sowohl das bedruckte Objekt 12 als auch das Kontermaterial 13 während sie durch die Anpressvorrichtung 24 in dichter Anlage aneinandergehalten sind mit Wärme beaufschlagt.

Die Heizeinrichtungen 17, 17' wirken mit zugeordneten

Heizsteuereinrichtungen 21, 21' zusammen, welche die Wärmebeaufschlagung des bedruckten Objektes 12 bzw. des Kontermaterials 13 über die Heizeinrichtung 17 bzw. die Heizeinrichtung 17' steuern. Um die Wärmebeaufschlagung noch genauer steuern bzw. regeln zu können, kann in Nähe des bedruckten Objektes 12, beispielsweise im Bereich der zweiten Pressbacke 16 ein zweiter Wärmesensor 23 vorgesehen sein. In gleicher Weise kann ein erster Wärmesensor 22 im Bereich des ersten Pressbackens 15 vorgesehen sein, um über die Heiz Steuereinrichtung 21' eine noch genauere Steuerung bzw. Regelung der Wärmebeaufschlagung durch die Heizeinrichtung 17' vornehmen zu können.

Die Steuerung bzw. Regelung des Anpressdruckes sowie der Anpresszeit wird über eine Presssteuereinrichtung 18 vorgenommen, die eine Steuerung der Anpresszeit 19 sowie einer Steuerung des Anpressdruckes 20 umfasst. Zur weiteren Erläuterung der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend noch einige Ausführungsbeispiele vorgestellt:

Erstes Ausführungsbeispiel (vgl. Fig. 2)

Bedrucktes Objekt mit Farbton schwarz (Curelnk UV Schwarz 49 UB 4000), UV-härtende schwarze Farbe der Firma Michael Huber, München auf oberflächenveredeltem Druckpapier (APCO 2.2 Firma Scheufeien) Kontermaterial: Druckpapier Epson spezial coated 360 dpi Aufwärmung auf: 185°C, 3 s Anpresszeit, 200 N/cm ² bar Anpressdruck

Die bedruckten Druckbögen bzw. das mit Druckfarbe bedruckte Objekt wurde unter verschiedenen Transportgeschwindigkeiten unter einer UV-Lampe zur Aushärtung durch Strahlenvernetzung durchgeführt, wobei dies zu folgenden Ergebnissen führte:

Bei einer Transportgeschwindigkeit von 2 m/min bzw. einer gesamt eingebrachten Strahlungsenergie von 0,40 J /cm ² konnte man auf dem Kontermaterial praktisch keinen Anteil von übertragener Druckfarbe mehr ausmachen. D.h. bei einer Strahlungsenergie von 0,40 J/cm ² war bei den konkret gegebenen Druckbedingungen eine ausreichende Durchhärtung gegeben, so dass ein anschließender Transport bzw. eine Weiterverarbeitung ohne Gefährdung des Druckergebnisses möglich gewesen wären.

Zweites Ausführungsbeispiel (vgl. Fig. 3)

Bedrucktes Objekt mit Farbton rot

UV-härtende Farbe rot (BASF Ultraking) der Firma BASF Drucksysteme

GmbH, Stuttgart, auf oberflächenveredeltem Druckpapier (APCO 2.2 der

Firma Scheu feien)

Kontermaterial : Druckpapier Epson spezial coated 360 dpi

Aufwärmung auf 185 ⁰ C, 3 s Anpresszeit, 200 N/cm ² Anpressdruck

Bei einer Transportgeschwindigkeit von 4 m/min und bei einer gesamt eingebrachten Strahlungsenergie von 0,4 J/cm ² konnte man auf dem Kontermaterial praktisch keinen Anteil von übertragener Druckfarbe mehr ausmachen. Bei einer Transportgeschwindigkeit von 8 m/min und bei einer gesamt eingebrachten Strahlungsenergie von 0,19 J/cm ² konnte ebenfalls praktisch keine Druckfarbenübertragung festgestellt werden.

Das bedeutet, bei einer Strahlungsenergie von 0,19 J/cm ² war bei den konkret gegebene Druckbedingungen eine ausreichende Durchhärtung gegeben, so dass ein anschließender Transport bzw. eine Weiterverarbeitung ohne Gefährdung des Druckergebnisses möglich gewesen wären.

Die bei dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel gegenüber gestellten Transportgeschwindigkeiten ergeben unterschiedliche Energieeinträge auf das bedruckte Objekt. Eine Transportgeschwindigkeit von 1 m/min entspricht einer Strahlungsenergie, welche auf das bedruckte Objekt einwirkt von 0,80 J/cm ² , bei 2 m/min entsprechend 0,4 J/cm ² , bei 4 m/min 0,19 J/cm ² , bei 8 m/min entsprechend 0,09 J/cm", etc..

Drittes Ausführungsbeispiel (vgl. Fig. 4)

Bedrucktes Objekt mit Farbton rot oxidativ trocknende Farbe rot (Sonderfarbe HKS 12 K) der Firma Hostmann- Steinberg, Celle, auf glänzend gestrichenem Druckpapier Luxo-Art gloss der Firma m-real, Bergisch Gladbach Kontermaterial: gleiches Papier Aufwärmung auf 150 ⁰ C, 3 s Anpresszeit, 200 N/cm ² Anpressdruck

Nach einer Trocknungszeit von 40 Stunden waren der auf das Kontermaterial übertragene Anteil von nicht getrockneter Druckfarbe und der durch den Pressvorgang eintretende Farbverlust auf der bedruckten Fläche so stark verringert, dass von einem Abschluss der oxidativen Trocknung ausgegangen werden kann. Das bedeutet, bei einer Trocknungszeit von 40 Stunden war bei den konkret gegebenen Bedingungen beim Druck und bei der Lagerung der bedruckten Druckbögen eine ausreichende Durchhärtung gegeben, so dass ein anschließender Transport bzw. eine Weiterverarbeitung ohne Gefährdung des Druckergebnisses möglich gewesen wären.

Die Erfindung eignet sich für alle Druckfarben, bei welchen die Druckfarbe Bestandteile enthält, die einem Trocknungspro zess zur Bildung höhermolekularer Produkte führen oder die bei der Trocknung mittels anderer chemischer Reaktionen sehr fest auf dem zu bedruckenden Material fixiert werden. Besonders effizient anwendbar ist die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren für das Offsetdruckverfahren mit oxidativ trocknenden Druckfarben und allen anderen Druck- und Lackierverfahren die mit strahlenhärtenden Farben bzw. Lacken arbeiten.

Bezugszeichenliste

11 Prüfvorrichtung

12 bedrucktes Objekt

13 Kontermaterial

14 Pres seinrichtung

15 erstes Presselement, erste Pressbacke

16 zweites Presselement, zweite Pressbacke 17, 17' Heizeinrichtung

18 Presssteuereinrichtung

19 Steuerung der Anpresszeit 0 Steuerung des Anpressdruckes 1, 21' Heizsteuereinrichtung 2 erster Wärmesensor 3 zweiter Wärmesensor 4 Anpres s Vorrichtung 5 Getriebemittel