Verfahren zum Bedrucken eines metallischen Bedruckstoffes in einer Druckmaschine

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bedrucken eines metallischen Bedruckstoffes in einer Druckmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Durch die DE 60 120 305 T2 ist Verfahren zum Bedrucken eines Bedruckstoffes aus Blech in einer Druckmaschine bekannt, bei dem eine Oberfläche des Bleches, auf der der Aufdruck in einer Schichtdicke z. B. von 0,2 pm bis 10 pm erfolgt, mit einer weißen Beschichtung versehen ist.

Durch die EP 1 503 899 A2 ist eine Einrichtung zum Bedrucken von im Wesentlichen nicht saugfähigem, als Metalltafeln ausgebildetem Druckmaterial bekannt, mit einer einer Drucklinie angehörenden, mindestens ein mit Druckfarbe ausgestattetes Druckwerk aufweisenden Druckmaschine, wobei eine erste Druckeinrichtung und eine zweite Druckeinrichtung vorgesehen sind, die jeweils der Drucklinie angehören und dem

Druckwerk - in Druckrichtung gesehen- vorgelagert sind, wobei - in Druckrichtung gesehen - der ersten Druckeinrichtung die zweite Druckeinrichtung folgt, und wobei die erste Druckeinrichtung mit UV-trocknender Grundierung und die zweite Druckeinrichtung mit UV-trocknendem Weißlack ausgestattet sind und der ersten Druckeinrichtung und der zweiten Druckeinrichtung jeweils eine der Drucklinie angehörende UV- Trocknungseinrichtung nachgeschaltet ist.

Durch die EP 2 428 359 A1 ist eine Druckvorrichtung zum Bedrucken von

Flächengebilden mit mindestens einer Druckfarbe bekannt, wobei die

Oberflächenspannung dieser Flächengebilde kleiner oder gleich der

Oberflächenspannung der Druckfarbe ist, umfassend mindestens ein aktives Druckwerk und eine diesem mindestens einen aktiven Druckwerk nachgelagerte Endtrockenanlage zum Trocknen der vom mindestens einen aktiven Druckwerk auf das Flächengebilde aufgetragenen Druckfarbe, wobei stromaufwärts des mindestens einen aktiven

Druckwerks mindestens eine Bestrahlungseinrichtung mit je mindestens einer

elektromagnetischen Strahlungsquelle zum Bestrahlen des Flächengebildes vor dessen Zufuhr zum mindestens einen aktiven Druckwerk ausgebildet ist, wobei die

Strahlungsquelle z. B. eine langgestreckte UV-Gasentladungsröhre oder ein

langgestreckter Infrarotstrahler ist.

Durch die US 2018/0046114 A1 ist eine Vorrichtung zum Aufbringen einer Dekoration auf eine äußere Oberfläche eines metallischen Behälters bekannt, umfassend eine

Übertragungsdruckform, ein elektrofotografisches System in einer vorgegebenen

Ausrichtung in Bezug auf die Übertragungsdruckform, wobei das elektrofotografische System ein Tonermaterial auf die Übertragungsdruckform fördert, und eine Zuführeinheit, um den metallischen Behälter mit der Übertragungsdruckform in Kontakt zu bringen, um das Tonermaterial von der Übertragungsdruckform zur äußeren Oberfläche des metallischen Behälters für deren Dekoration zu übertragen.

Durch die US 2017/0354991 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer mit einem transparenten Muster bedruckten Stahlplatte bekannt, umfassend ein Ausbilden einer bedruckten Farbfilmschicht durch Ausstößen transparenter Tinte auf mindestens eine Oberfläche einer Stahlplatte und ein Härten der bedruckten Farbfilmschicht mit ultraviolettem Licht, um eine gehärtete bedruckte Farbfilmschicht zu bilden und ferner vorzugsweise umfassend das Durchführen einer Vorverarbeitung auf der betreffenden Oberfläche der Stahlplatte mit Plasma vor dem Ausbilden der bedruckten Farbfilmschicht.

Durch die DE 10 2006 044 957 A1 ist ein Verfahren zum Transfer von bildgebenden und/oder ab- oder überdeckenden Applikationsschichten von einer Transferfolie auf Druckbogen in einer Bogen verarbeitenden Maschine, insbesondere einer

Bogenrotationsdruckmaschine, bekannt, wenigstens mit einem Auftragwerk für eine bildmäßige oder flächige Beschichtung eines Druckbogens mit einem Kleber und mit wenigstens einem Beschichtungswerk zum Übertragen bildgebender oder abdeckender Schichten von der Transferfolie auf den Druckbogen, wobei in einem Beschichtungswerk ein Transferspalt gebildet ist und die Transferfolie an der Oberfläche einer Presswalze entlang und mit der beschichteten Seite auf einem Druckbogen aufgelegt und unter Druck gemeinsam mit diesem durch den Transferspalt führbar ist, so dass die bildgebenden oder abdeckenden Schichten in mit Kleber versehenen Bereichen von der Transferfolie auf den Druckbogen haftend übertragen werden, wobei der Druckmaschine steif elastische Druckbogen als Blechtafeln oder Kunststofftafeln zugeführt werden, die auf wenigstens einer bedruckten oder beschichteten bzw. unbedruckten oder

unbeschichteten ersten Seite in einem Transferspalt mit einer bildmässigen oder vollflächigen Folienbeschichtung von der Transferfolie versehen werden, und wobei die metallischen bzw. Kunststoffdruckbogen vor und/oder nach der Aufbringung der

Folienbeschichtung getrocknet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Bedrucken eines metallischen Bedruckstoffes in einer Druckmaschine zu schaffen, bei dem dieses Bedrucken auf eine blanke, also nicht grundierte Oberfläche des Bleches möglich ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen und/oder Weiterbildungen der gefundenen Lösung.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, dass ein hinsichtlich seiner Oberfläche ursprünglicher, d. h. nicht aufbereiteter metallischer Bedruckstoff, vorzugsweise ein Blech, insbesondere ein Weißblech, ohne den

zusätzlichen Bearbeitungsschritt des Auftragens einer Grundierung direkt bedruckt werden kann. Bei einer Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens ist eine

Vorbehandlung der zu bedruckenden Oberfläche des metallischen Bedruckstoffes zur Verbesserung des Haftvermögens der Druckfarbe oder des Lackes auf dieser Oberfläche und/oder zur Verbesserung der Benetzbarkeit dieser Oberfläche mit der Druckfarbe oder dem Lack nicht erforderlich, wodurch Kosten eingespart werden können.

Metallverpackungen werden insbesondere in Form von Dosen, z. B. als Blechdosen für Lebensmittel oder Tiernahrung, als Sprühdosen für Aerosole oder als Verpackungen für andere chemisch-technische Produkte, als Getränkedosen oder als Verschlüsse in Form von Deckeln oder Kronkorken verwendet, wobei diese Verpackungen z. B. aus einem insbesondere korrosionsbeständigen Stahlblech oder aus Aluminiumblech oder aus einem Weißblech gefertigt sind. Häufig wird gewünscht, derartige zumeist in sehr großer Stückzahl von vorzugsweise mehreren Millionen Stück gefertigte Metallverpackungen in einem industriellen Druckprozess, d. h. mit einer Druckmaschine zu dekorieren. Dies trifft insbesondere z. B. in der Getränkeindustrie zu.

Als Blech wird ein flaches Walzwerkfertigprodukt aus Metall bezeichnet, das z. B. als Tafel oder als Bandstahlrolle (Coil) ausgeliefert wird. Im Folgenden geht es vorzugsweise um das Bedrucken einer Oberfläche eines Weißbleches, wobei ein Weißblech ein dünnes kaltgewalztes Stahlblech ist, dessen Oberfläche mit Zinn beschichtet ist. Derzeit sind Weißblechdicken von 0,1 mm bis 0,5 mm üblich. Das Verzinnen dient vor allem dem Korrosionsschutz. Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das vorzugsweise aus einem Stahl bestehende Rumpfblech als ein chromfrei passiviertes, also als ein CFPA-Blech und nicht als ein verchromtes ECCS-Blech (electrolytic chromium coated Steel) oder als ein verzinntes, mit Chrom oberflächenpassiviertes ETP- Blech (electrolytic tin ßlate) ausgebildet. Eine chromfreie Passivierung der Oberfläche des betreffenden Bleches, insbesondere Weißbleches, erfolgt z. B. durch eine

Titan/Zirkonium-Passivierung. Alternativ oder zusätzlich zu den Stoffen Titan und

Zirkonium können zur Passivierung der Oberfläche des betreffenden Bleches z. B. die Stoffe Hafnium und/oder Silizium und/oder Aluminium und/oder Bor jeweils als

Zentralatom verwendet werden. Zur Dekoration eines zur Ausbildung einer Verpackung verwendeten Bleches werden erfindungsgemäß eine zumeist zähflüssige Druckfarbe oder ein zumeist dünnflüssiger Lack jeweils in einer Schichtdicke z. B. von 1 pm bis 10 pm, vorzugsweise in einer Schichtdicke in einem Bereich zwischen 4 pm und 5 pm auf die blanke Oberfläche des betreffenden chromfrei passivierten Bleches durch den Einsatz von mindestens einem Druckwerk einer Druckmaschine aufgetragen, und zwar jeweils direkt und unmittelbar, d. h. ohne den vor dem Bedrucken auszuführenden zusätzlichen Bearbeitungsschritt des Auftragens einer Grundierung auf die betreffende Oberfläche.

Druckfarben sind farbmittelhaltige i. d. R. flüssige Stoffgemische und bestehen aus dispergierten, d. h. aus i. d. R. extrem fein verteilten Pigmenten, Bindemitteln und organischen Lösungsmitteln. Die Druckfarbe Schwarz enthält Pigmente aus Ruß, insbesondere Gasruß. Farbige Pigmente werden aus Mineralien gewonnen oder chemisch hergestellt.

Die mechanischen Eigenschaften von Druckfarben werden auch rheologische

Eigenschaften genannt. Druckfarben für Druckprozesse, bei denen der Farbauftrag durch Walzen erfolgt, z. B. im Offsetdruck, Hochdruck oder Tiefdruck, erfordern einen guten Transport der Druckfarbe über die Farbwalzen und eine niedrige Aerosolbildung. Der Farbtransport wird über die Zügigkeit der Druckfarbe bestimmt. Die Zügigkeit ist diejenige Kraft, die notwendig ist, um einen Druckfarbenfilm zu trennen. Sie ist ein komplexes Verhältnis von Viskosität, Kohäsion und Adhäsion und wird in der Druckfarbenprüfung als tack gemessen. Die Aerosolbildung ist die Bildung eines Farbnebels und von Farbfäden bei hohen Druckgeschwindigkeiten. Diese Aerosole sind unerwünscht. Die Aerosolbildung ist stark temperaturabhängig, da sie direkt mit der Viskosität korreliert.

Druckfarben bestehen im Wesentlichen aus:

a) Farbmitteln, d. h. aus Pigmenten oder Farbstoffen, für die Farbigkeit, b) Bindemitteln, hauptsächlich aus Harzen (Festharze, Alkydharze), um die

Farbmittel auf dem Bedruckstoff zu befestigen,

c) Hilfsstoffen zum Einstellen der rheologischen Eigenschaften, z. B. zur

Beeinflussung von Trocknung, Glanz oder Oberflächenhärte.

Lack ist ein flüssiger oder auch pulverförmiger Beschichtungsstoff, der dünn auf einen Gegenstand aufgetragen wird und durch chemische oder physikalische Vorgänge, die insbesondere auf sein Lösemittel einwirken, zu einem durchgehenden, festen Film aufgebaut wird. Lacke bestehen i. d. R. aus Bindemitteln, Füllstoffen, Pigmenten,

Lösemitteln, Harzen und/oder Acrylaten und Additiven, wie Biozide. Bei einem

emissionsfrei, insbesondere strahlenhärtenden Lack dient ein Monomer als„Lösemittel“, das während der Härtung in den Lackfilm einpolymerisiert. Es handelt sich hier um ein niedermolekulares Bindemittel mit geringem Dampfdruck, welches vorzugsweise über UV- induzierte Prozesse z. B. innerhalb von Bruchteilen einer Sekunde chemisch härtet. Als Strahlenquelle dient meist eine UV-Hochleistungslampe. Entsprechendes gilt für in einer Druckfarbe verwendete Bindemittel.

Zum Aufträgen der Druckfarbe oder des Lackes eignet sich z. B. ein eine Druckform verwendendes Druckverfahren. Insbesondere kann die chromfrei passivierte Oberfläche des metallischen Bedruckstoffes, d. h. Bleches, in einem Offsetdruckverfahren oder in einem Hochdruckverfahren oder in einem Flexodruckverfahren bedruckt werden.

Als ein Druckfluid, d. h. als Druckfarbe oder als Lack werden erfindungsgemäß eine radikalisch härtende Druckfarbe oder ein radikalisch härtender Lack verwendet. Eine solche Druckfarbe oder ein solcher Lack ist jeweils strahlungshärtend, insbesondere UV- härtend ausgebildet. Die Härtung der Druckfarbe oder des Lackes erfolgt radikalisch und damit schlagartig - d. h. in sehr kurzer Zeit, vorzugsweise in weniger als 1 Sekunde, insbesondere innerhalb von Bruchteilen einer Sekunde - und z. B. nicht kationisch. Eine Initiierung der Härtung der Druckfarbe oder des Lackes erfolgt jeweils z. B. durch eine auf den Bedruckstoff gerichteten Bestrahlung aus einer Strahlungsquelle, insbesondere mit einer ultravioletten Strahlung aus einer UV-Strahlungsquelle oder mit einer

Röntgenstrahlung oder mit einer anderen ionisierenden Strahlung.

Eine radikalische Härtung wird durch eine radikalische Polymerisation ausgeführt, die im Wesentlichen in folgenden drei Teilschritten abläuft:

1. Startreaktion, bei der das aktive Zentrum für die Bildung einer makromolekularen Kette i. d. R. durch ein aktives Kettenende gebildet wird;

2. Wachstumsreaktion, bei der die makromolekulare Kette in einer Kettenreaktion durch eine wiederholte Anlagerung von Monomeren an die betreffende Kette wächst, und

3. Abbruchreaktion, bei der das Wachstum der makromolekularen Kette durch

Disproportionierungsreaktionen oder Kombinierung irreversibel beendet wird.

Zum Kettenstart bricht ein als Initiator der Druckfarbe oder dem Lack zugesetztes Radikal eine Mehrfachbindung, z. B. eine C=C-Doppelbindung, insbesondere eine C=C- Doppelbindung einer Vinylgruppe auf und erzeugt ein wachstumsfähiges Primärradikal.

An das Primärradikal lagern sich in einer Wachstumsreaktion ständig, d. h. fortlaufend Monomere an, und dies vorzugsweise auch mit geringer Aktivierungsenergie. Durch das Zusammentreffen zweier Radikale, also durch deren Kombination, wird ein Kettenabbruch hervorgerufen. Des Weiteren kann ein Kettenabbruch durch Disproportionierung herbeigeführt werden.

Andere technische Polymerisationen, d. h. Polymerbildungsreaktionen aus der Gruppe der sich von der Gruppe der Stufenwachstumsreaktionen unterscheidenden

Kettenwachstumsreaktionen sind die bereits genannte kationische Kettenpolymerisation oder eine anionische Kettenpolymerisation oder eine koordinative Kettenpolymerisation. Diese Kettenpolymerisationen unterscheiden sich in ihrem mechanistischem Verlauf von der erfindungsgemäßen radikalischen Kettenpolymerisation. Bei der radikalischen Kettenpolymerisation wird nach der Startreaktion nicht ein Kation oder ein Anion oder ein koordinativer Komplex, sondern ein Radikal an die wachsende Polymerkette angebunden. Dabei verläuft die Bildung der Polymere als i. d. R. unverzweigte Kettenreaktion. Dieses Wachstum hat zur Folge, dass sich schon bei sehr niedrigen Umsätzen Makromoleküle, d. h. Polymere mit langen Ketten bilden und große Mengen an Monomeren unverändert vorliegen. Das Wachstum der Polymerketten verläuft bei einer Kettenwachstumsreaktion, insbesondere bei einer radikalischen Polymerisation sehr viel schneller als z. B. bei einer Stufenwachstumsreaktion.

Als Radikale bezeichnet man Atome oder Moleküle mit mindestens einem ungepaarten Valenzelektron, die besonders reaktionsfreudig sind. Das ungepaarte Valenzelektron befindet sich dabei z. B. an C-, N-, O- oder Halogenen. Häufig verwendete Radikale sind Disauerstoff, Stickstoffmonoxid, das Hydroxyl-Radikal, Chlorradikale oder Bromradikale. Radikale sind i. d. R. sehr reaktiv und dadurch auch sehr kurzlebig mit einer Lebensdauer von i. d. R. weniger als 1 Sekunde.

Zur Initiierung einer radikalischen Polymerisation bzw. Kettenreaktion wird dem als Druckfarbe oder Lack ausgebildeten Reaktionsgemisch, insbesondere dem jeweiligen Bindemittel der betreffenden Druckfarbe oder des betreffenden Lack mindestens ein sogenannter Radikalstarter - auch Initiator genannt - zugesetzt. Es handelt sich bei diesem Radikalstarter um Moleküle, die sich besonders leicht - beispielsweise durch Bestrahlung mit ultraviolettem Licht - in Radikale spalten lassen. Beispiele für

Radikalstarter sind Azobis/sobutyronitril, Dibenzoylperoxid, Dilauroylperoxid, Di -tert- butylperoxid, Diisopropylperoxidicarbonat und/oder Kaliumperoxodisulfat.