EP0790893B1

EP0790893B1 - Druckverfahren

Info

Publication number: EP0790893B1
Application number: EP95935809A
Authority: EP
Inventors: Hans Bremer
Original assignee: Druckfarbenfabrik Gebrueder Schmidt GmbH
Current assignee: Druckfarbenfabrik Gebrueder Schmidt GmbH
Priority date: 1994-11-02
Filing date: 1995-10-21
Publication date: 1998-08-12
Anticipated expiration: 2015-10-21
Also published as: EP0790893A1; DE59503206D1; DE4439007A1; WO1996014211A1; ES2121422T3; ATE169561T1; DE4439007C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Druckverfahren zum Bedrucken eines Bedruckstoffs mit hoher Druckgeschwindigkeit und hoher Druckqualität im Flach- oder Hochdruck. Der Bedruckstoff ist vorzugsweise Papier. Das Verfahren ist jedoch auch für andere zu bedruckende Materialien, wie beispielsweise geeignete Kartonsorten und Folien, anwendbar.

Die Erfindung bezieht sich auf Druckverfahren, bei denen in der Druckmaschine der Druckvorgang in einem Druckwerk abläuft. Das Druckwerk beinhaltet ein Farbwerk und je ein die Druckform und den Gegendruck tragendes Maschinenelement, beispielsweise einen Druckformzylinder und einen Gegendruckzylinder, sowie beim indirekten Druck (Offsetdruck) einen dazwischen angebrachten Gummituchzylinder. Beim Druckvorgang wird die Druckfarbe mittels Farbwerk, das mindestens eine weich-elastische Farbauftragswalze umfaßt, dosiert in dünner Schicht auf die Oberfläche der starr-harten Druckform aufgebracht und von dort dem Druckmotiv entsprechend direkt oder indirekt unter mechanischem Druck auf den das Druckwerk durchlaufenden Bedruckstoff übertragen. Dort wird sie sofort so weit verfestigt, daß sie bei der Weiterverarbeitung oder Benutzung des Drucks nicht abfärbt.

Beim traditionellen Flach- und Hochdruck (Coldset-Druck) werden zähfließende, ölige Druckfarben eingesetzt. Für ihre Verfestigung, die unmittelbar nach ihrer Übertragung auf das Papier zumindest beginnen muß, können drei Mechanismen kombiniert werden: 1. das Wegschlagen, d.h. die sofortige Adsorption der ganzen Druckfarbenzubereitung oder ihrer flüssig mobilen Bestandteile an das Papierfasergefüge, 2. das unmittelbare Gelieren der an mobilen Bestandteilen verarmten Druckfarbenschicht und 3. eine anschließende oxidative Trocknung.

Alle drei Verfestigungsmechanismen werden vor allem beim Bogendruck kombiniert, wobei eine hohe Druckqualität erreichbar ist und eine Druckzylinderumfangsgeschwindigkeit von maximal 3 bis 5 m/s erreicht wird.

Beim Zeitungsdruck wird auf die oxidative Trocknung gänzlich und auf das Gelieren zumindest größtenteils verzichtet. Eine hohe Druckgeschwindigkeit von 8 bis 13 m/s wird durch ein relativ lockeres Papierfasergefüge erreicht, auf dem die Druckfarbe sehr schnell adsorbiert wird. Mit einem derart locker gefügten und damit auch relativ rauhen und unebenen Papier ist nur eine begrenzte Druckqualität erreichbar.

Die Druckqualität ist allgemein um so höher, je schärfer und genauer Details von Schrift und Bild wiedergegeben werden (Punktschärfe, Auflösungsvermögen), je farbstärker bedruckte Flächenanteile sich vom unbedruckten Papier abheben (optische Dichte), je sauberer die motivgemäß unbedruckten Flächenanteile bleiben (Schmieren, Abliegen, Rückseitenverfärbungen, Punktzuwachs usw.) und je genauer die verlangten Bunttöne wiedergegeben werden. Verständlicherweise ist eine derart erhöhte Druckqualität um so schwieriger zu erreichen, je rauher, unebener und weniger weiß ein Papier und je höher die Druckgeschwindigkeit ist.

Für eine hohe Druckqualität bei zugleich hoher Druckgeschwindigkeit, d.h. um Druckerzeugnisse mit geglättetem, gestrichenem und/oder besonders dünnem Papier mit nicht zu knapper Farbgebung bei hoher Druckleistung zu produzieren, hat sich das Heatset-Verfahren, dabei vor allem der Heatset-Rollenoffsetdruck, mit Druckgeschwindigkeiten von 8 bis 14 oder gar 15 m/s durchgesetzt.

Bei diesem Verfahren wird die Verfestigung der frisch aufgedruckten Druckfarbenschicht durch Wärmezufuhr beschleunigt. Entscheidend dafür erforderlich sind spezielle Heatset-Druckfarben. Bei dem ohne Zufuhr von Heizenergie funktionierenden Coldset-Verfahren, also dem Bogendruck und dem Zeitungsdruck, werden die Fließeigenschaften der Druckfarben durch Öle, d.h. durch Substanzen, die bei Raumtemperatur flüssig sind und bei ihrer Anwendung nicht nennenswert verdampfen, also einen sehr niedrigen Dampfdruck haben, eingestellt. Flüchtige Lösemittel werden dort nicht eingesetzt. Bei den Heatset-Druckfarben ersetzt man diese Öle gänzlich oder größtenteils durch spezielle Heatset-Öle. Das sind spezielle Mineralölprodukte, die sich u.a. dadurch auszeichnen, daß sie hoch genug sieden, um im Farb- und Druckwerk nicht vorzeitig zu verdampfen, und niedrig genug, daß sie aus der sehr dünnen, frischen Druckfarbenschicht zu einem erheblichen Anteil durch Heißluft ausgetrieben werden können.

Zum Heatset-Rollendruckverfahren gehört also prinzipiell eine konventionelle Rollendruckmaschine mit einem konventionellen Farbwerk, der insbesondere eine Anlage zur Trocknung, also zum Austreiben von Heatset-Öl aus der frischen Druckfarbenschicht, und eine Anlage zur Verbrennung des ausgetriebenen Öldunstes nachgeschaltet sind. Die Druckfarbenschicht im fertigen Druckerzeugnis ist teilweise durch Adsorption an das Fasergefüge des Papiers verfestigt, zum anderen ist sie durch die Hitzetrocknung so weit an Öl verarmt, daß ihre Konsistenz für die Weiterverarbeitung, den Versand und die Benutzung des Druckerzeugnisses hinreichend fest ist. Einzelheiten zu den Heatset-Verfahren sind in der Richtlinie VDI 2587 Blatt 1 "Emissionsminderung, Rollenoffsetdruckanlagen mit Heißlufttrocknung", Gründruck vom September 1993, beschrieben.

Dieses bekannte Druckverfahren kann also als ein im Offsetdruck, daneben mitunter auch im Hochdruck, funktionierendes Rollendruckverfahren definiert werden, bei dem die Verfestigung einer dafür speziell erforderlichen Druckfarbenart durch Hitze, vorzugsweise durch Heißluft, beschleunigt wird. Es ermöglicht die Herstellung anspruchsvoller, hochwertiger Drucke mit hoher Druckgeschwindigkeit.

Trotz ihrer technischen Vervollkommnung und weiten Verbreitung haben die Heatset-Verfahren und auch der Heatset-Rollenoffsetdruck erhebliche Nachteile. Die Anlagen, der Energiebedarf und die Maßnahmen zur Emissionsminderung sind sehr aufwendig. Dennoch wird die Atmosphäre durch Emissionen belastet.

In dem erforderlichen, großvolumigen Trockner dient nur 1% der aufgewandten Energie zur Verdampfung des Heatset-Öls, 95% werden für die Aufheizung der Luft und des Papiers sowie für die Verdampfung von Wasser letztlich nutzlos verbraucht, wobei die Aufheizung und die damit verbundene Austrocknung des Papiers technisch nachteilig sind. Der Energieaufwand läßt sich dadurch vermindern, daß die Heißluft teilweise im Kreis geführt und durch eine offene Gasflamme unmittelbar aufgeheizt wird. Die erste Maßnahme erhöht den konstruktiven und räumlichen Aufwand, die zweite bedingt besondere Schutzmaßnahmen gegen eine Explosionsgefahr und verursacht eine unkontrollierbare teilweise Zersetzung der Heatset-Öl-Dämpfe. Aus diesem Grund kann das Öl nicht rückgewonnen werden, und das Abgas ist nach der Klasse I der TA Luft eingestuft. Die zur Abgasreinigung verwendeten Verbrennungsanlagen haben ein großes Bauvolumen. Da das den Trockner verlassende Rohgas zwangsläufig stark verdünnt ist, ist ein starkes Stützfeuer erforderlich.

Trotz aufwendiger Wärmeaustauscher verbrauchen Trockner und Abgasreiniger viel Energie, wobei die üblichen Verbrennungsnebenprodukte und viel Kohlendioxid emittiert werden. Hinzu kommen Schutzmaßnahmen gegen die Explosionsgefahr und gegen den unkontrollierten Austritt von Abgas sowie entsprechend aufwendige periphere Anlagen, z.B. zur Raumlufttechnik und zur Versorgung mit Heizgas und Druckluft.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Druckverfahren für den Anwendungsbereich des Heatset-Drucks, insbesondere des Rollendrucks (hohe Druckgeschwindigkeiten, insbesondere bei gehobenen Anforderungen an die Druckqualität und großen Auflagen) zu schaffen, bei dem insgesamt ein verminderter Aufwand hinsichtlich Konstruktion, Energiebedarf und Bauvolumen erreicht und Emissionen erheblich vermindert werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein eingangs genanntes Druckverfahren gelöst, welches folgende Merkmale in Kombination miteinander aufweist: Die Druckfarbe wird der Druckform mit Hilfe eines Kurzfarbwerkes mit einer Rasterwalze (Aniloxwalze) und einer Farbabstreifvorrichtung zugeführt. Es wird eine bei Raumtemperatur feste, durch Wärmezufuhr verflüssigbare Druckfarbe (nachfolgend: "Schmelzdruckfarbe") verwendet. Das Kurzfarbwerk und ihm nachgeschaltete, Druckfarbe führende Teile des Druckwerks, insbesondere die Druckform, werden auf eine Temperatur oberhalb der Verflüssigungstemperatur der Schmelzdruckfarbe temperiert. Das Bedrucken erfolgt im Flachdruck oder Hochdruck. Die Verfestigung der Druckfarbe wird durch deren Abkühlung auf dem Bedruckstoff bewirkt.

Durch die Erfindung werden die genannten Nachteile des Standes der Technik vermieden. Das Heatset-Druckverfahren - Flach- oder Hochdruck - wird durch eine Kombination von Maßnahmen geändert, die nachfolgend erläutert werden.

Anstelle der bisherigen, bei Raumptemperatur flüssigen Druckfarben werden Schmelzdruckfarben verwendet. Diese werden durch ein Kurzfarbwerk der Druckform zugeführt. Das Kurzfarbwerk mit Rasterwalze ersetzt die bisher im Heatset-Druck verwendeten konventionellen Walzenfarbwerke. Dabei ist das Druckwerk, soweit es das Kurzfarbwerk und Druckfarbe führende Teile einschließt, auf eine Temperatur oberhalb der Verflüssigungstemperatur der Druckfarbe temperiert.

Beim erfindungsgemäßen Druckverfahren wird Heizenergie nur zum Verflüssigen der bei Raumtemperatur festen Druckfarbenzubereitung aufgewandt. Dann wird die Druckfarbe in schmelzflüssiger Form dosiert und in dünner Schicht der Druckform und von dort dem Bedruckstoff zugeführt. Anschließend wird die aufgedruckte Druckfarbenschicht sofort durch Adsorption und durch Abkühlung auf die Raumtemperatur verfestigt. Der unmittelbare Druckvorgang, d.h. der Weg der Druckfarbe von der Druckform zum Bedruckstoff, bleibt prinzipiell unverändert.

Kurzfarbwerke sind aus Flexodruck-Farbwerken und aus in den 60er Jahren dieses Jahrhunderts in den USA begonnenen Entwicklungsarbeiten zum Zeitungs-Hochdruck bekannt und haben seit Ende der 80er Jahre stark Eingang in die Zeitungsdrucktechnik gefunden. Daneben sind sie nur noch im Flexodruck gebräuchlich. Kernstück eines Kurzfarbwerks ist eine spezielle Rasterwalze, die auch als Anilox-Walze bezeichnet wird. Mit ihrer Hilfe lassen sich Druckfarben so vorteilhaft dosiert zur Druckform transportieren, daß auf die sonst und bisher erforderlichen Übertragungs- und Verreiberwalzen-Systeme und die Farbdosier- und Reguliervorrichtungen verzichtet werden kann. Kurzfarbwerke werden im Flexo-, Hoch- und Flachdruck verwendet, und zwar ausschließlich mit den üblichen, bei Raumtemperatur flüssigen Druckfarben. Ein Überblick über ihre Verwendung und Eigenschaften wird in der Publikation von D. Loibl "Kurzfarbwerke für den Zeitungsdruck" FOGRA-Forschungsbericht Nr. 3008, München 1991 gegeben. Für die Anwendung im Rahmen dieser Erfindung sind aber auch andere Bauprinzipien für Kurzfarbwerke geeignet, z.B. das in der Deutschen Offenlegungsschrift 33 02 872 A1 beschriebene.

Zusammenfassend läßt sich ein Kurzfarbwerk als derjenige Teil des Gesamt-Druckwerks einer Druckmaschine definieren, welcher der Dosierung der flüssig zugeführten Druckfarbe mittels einer Rasterwalze und einer Vorrichtung zum Abstreifen des von den Rasternäpfchen nicht aufgenommenen Mengenanteils dient und der den so für den Druck zugemessenen Mengenanteil in dünner Schicht auf kürzest möglichem Wege vollfächig zur Druckform (zum Plattenzylinder) weitertransportiert. Der kürzest mögliche Weg kann beim Flexodruck der unmittelbare Kontakt von Rasterwalze und weicher Druckform sein. Beim Flach- und Hochdruck mit ihren starr-harten Druckformen sind entweder eine weichelastische Farbauftragswalze mit gleichem Durchmesser wie dem des Plattenzylinders oder zwei mit abweichendem, im allgemeinen kleinerem Durchmesser zwischengeschaltet. Auftragswalze und/oder Plattenzylinder können bei Bedarf mit je einer kleineren Farbwalze zur weiteren Egalisierung der aufzutragenden, dünnen Druckfarbenschicht versehen sein. Soweit ein System mehrerer Walzen und eventuell Verreiber für den Transport der Druckfarbe von der Rasterwalze zur Druckform vorgesehen ist, wird ein Mittelweg zwischen einem eigentlichen Kurzfarbwerk und einem konventionellen Walzenfarbwerk eingeschlagen.

Die durch die kompakte Bauform eines Kurzfarbwerkes mögliche gute und gleichmäßige Temperierung des gesamten Farbwerkes, vorzugsweise einschließlich der Druckform, stellt im Rahmen der vorliegenden Erfindung einen besonderen Vorzug dar. Kurzfarbwerk-Systeme mit zwischen die Rasterwalze und die Druckform geschalteten Walzen und Verreibern sind im Rahmen der Erfindung umso weniger vorteilhaft, je länger der Transportweg von der Rasterwalze zur Druckform ist.

Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, daß sich Kurzfarbwerke in besonderem Maße zur Verarbeitung von Schmelzdruckfarben eignen. Wegen ihrer kompakten Bauform lassen sie sich relativ leicht und genau im Ganzen auf die jeweils optimale Betriebstemperatur aufheizen bzw. temperieren. Die Heizelemente können platz- und energiesparend und mit einem hohen Wirkungsgrad untergebracht werden. Auch ist ein wärmeisolierendes Gehäuse relativ leicht anzubringen. Im Rahmen dieser Erfindung sollte es vorteilhafterweise installiert werden, um die Gleichmäßigkeit der Temperierung zu verbessern und den Energieverbrauch weiterhin zu vermindern. Zwischen der Rasterwalze und der Farbabstreifvorrichtung treten in einem Kurzfarbwerk erheblich stärkere Scherkräfte auf als beispielsweise bei Heber- oder Filmfarbwerken. Dies ist von positivem Einfluß auf die Zuführung und Dosierung der Schmelzdruckfarbe zu der Farbauftragswalze und der Druckform. Ein weiterer und bei der Verwendung von Schmelzdruckfarben wichtiger Vorteil ist in der Tatsache zu sehen, daß mit Kurzfarbwerken die Farbgebung nicht speziell gesteuert werden muß.

Alle Druckfarben bestehen grundsätzlich aus Farbmitteln (Pigmente, Farbstoffe), Bindemitteln (Harze, makromolekulare Verbindungen), Verdünnungsmitteln und Hilfsstoffen (z.B. Wachse, Tenside). Das rheologische Verhalten in der Druckmaschine, der Verfestigungsvorgang und die mechanischen Qualitäten der verfestigten Druckfarbenschicht hängen im wesentlichen von den Eigenschaften und Massenanteilen der Binde- und Verdünnungsmittel ab. Traditionell dienen Lösemittel und/oder Öle, also bei Raumtemperatur flüssige Materialien, zur Einstellung der rheologischen Eigenschaften der üblicherweise je nach Druckverfahren dünn- bis zähflüssigen Druckfarbenzubereitungen.

Bei der Erfindung wird eine bei Raumtemperatur feste Druckfarbe eingesetzt, die durch Zufuhr von Wärme geschmolzen und damit in den für die Verarbeitung erforderlichen flüssigen Zustand gebracht und nach dem Bedruckungsvorgang durch Kühlen wieder verfestigt wird. Für die gewünschte schnelle Verarbeitung ist es dabei nachteilig, daß die als Bindemittel für eine solche Druckfarbe einsetzbaren makromolekularen Verbindungen einen breiten Schmelzbereich aufweisen, also beim Erwärmen nur relativ langsam erweichen und sich beim Abkühlen nur langsam verfestigen. Aus diesem Grund werden bei der Erfindung vorzugsweise Mischungen von mit den Bindemitteln verträglichen Verdünnungsmitteln eingesetzt, die bei Raumtemperatur zumindest teilweise kristallin sind, bei Temperaturerhöhung innerhalb eines engen Schmelzbereichs dünnflüssig werden, dabei die gesamte Druckfarbenzubereitung fließfähig verdruckbar machen und sie danach bei Abkühlung auf die Raumtemperatur zu einer festen Druckfarbenschicht erstarren lassen. Flüchtige Druckfarbenbestandteile und ein durch deren Verdampfung bedingter oder gestützter Verfestigungsmechanismus werden hier prinzipiell nicht gebraucht. Im Hinblick auf die Funktion des Verdünnungsmittels, das Schmelz- und Erstarrungsverhalten zu beeinflussen, kann man es auch als Modifikationsmittel bezeichnen.

Grundsätzlich kann man Schmelzdruckfarben bei geeigneter Beschaffenheit der Bindemittel auch ohne derartige Verdünnungsmittel herstellen (oder als dazwischenliegende Zubereitungsform mit nichtkristallinen, relativ niederermolekularen Harzen, Kondensationsprodukten oder Polymeren). Im allgemeinen sind sie dann aber zum Verdrucken zu zäh, und der Übergang vom festen zum flüssigen und dann wieder festen Zustand verläuft zu langsam und in einer zu großen Temperaturspanne.

Wenn ein Bindemittel mit einem kristallinen oder teilweise kristallinen Verdünnungsmittel, d.h. einer Substanz mit einem wesentlich niedrigeren Molekulargewicht, kombiniert wird, dann wirkt in der Schmelze derjenige Bestandteil stärker viskositätserniedrigend, der das niedrigere Molekulargewicht und den engeren Schmelzbereich hat. Da außerdem die gegenseitige Erniedrigung des Schmelzpunkts bzw. Schmelzbereichs zweier miteinander verträglicher Substanzen stets von deren molarer Massenrelation abhängt, ist der eutektische Schmelzbereich einer Mischung von einer niederermolekularen Substanz mit einer höhermolekularen in die Richtung der ersten verschoben. Dadurch erhält also die Schmelzdruckfarbe ein Schmelzverhalten, welches dem Verdünnungsmittel angenähert ist, d.h. mit einem verhältnismäßig engen Schmelzbereich und schnellen Übergang vom festen in einen verhältnismäßig dünnflüssigen, zur Verarbeitung in der Druckmaschine geeigneten und beim Abkühlen wieder festen Zustand. Durch den Zusatz solcher Verdünnungsmittel werden die Schmelzdruckfarben in besonderem Maße für den erfindungsgemäßen Einsatz geeignet.

Bei den bei Raumtemperatur festen Schmelzdruckfarben lassen sich die Temperatur und die Spanne des Schmelzbereichs sowie das Fließverhalten der Schmelze einschließlich ihrer Zügigkeit empirisch durch die Auswahl und die Massenrelation von Binde- und Verdünnungsmitteln im technisch erforderlichen Umfang einstellen. In der praktischen Anwendung muß, wie im Rahmen der Erfindung festgestellt wurde, die vorgesehene Temperatur mit engen Toleranzen eingehalten werden.

Praktische Erfahrung mit einer solchen Steuerung des Schmelzverhaltens und der technischen Bindemitteleigenschaften von bei Raumtemperatur festen und bei höherer Temperatur fließfähigen Kombinationen aus relativ höhermolekularen Bindemitteln mit kristallinen oder teilweise kristallinen, auf jeden Fall aber relativ niederermolekularen Verdünnungsmitteln existieren vor allem aus deren Anwendung als Schmelzkleber (Hotmelts, Klebwachse).

Dabei sind u.a. auch Schmelzkleber-Applikationsverfahren gebräuchlich, bei denen der Kleber mit einem Druckverfahren vollflächig oder auf bestimmte Flächenanteile begrenzt aufgebracht wird. Ein weiteres wichtiges Anwendungsgebiet solcher Substanzmischungen sind Individual-Vervielfältigungsverfahren, insbesondere der Thermotransferdruck und der Tintenstrahldruck (Ink-Jet), sowie Verfahren, bei denen ähnlich zusammengesetzte Zubereitungen als Tonerpulver in Fotokopierern oder in Laserdruckern eingesetzt werden.

Auch für das Druckereiwesen sind gelegentlich schon Verfahren vorgeschlagen worden, bei denen mit einer bei Raumtemperatur festen, zur Verarbeitung durch Schmelzen verflüssigten Druckfarbe gearbeitet wird. Solche Verfahren sind in den Druckschriften DE 26 35 226 A1, DE 31 38 881 A1, DE 42 05 713 A1 und DE 42 05 636 A1 beschrieben. Insbesondere die letztgenannte Druckschrift befaßt sich auch mit Verfahren zur Verarbeitung solcher Druckfarben. Einerseits sollen sie im konventionellen Tiefdruck eingesetzt werden; andererseits wird ein spezielles Flachdruckverfahren vorgeschlagen, bei dem die zu einer Folie geformte Schmelzdruckfarbe einem Druckzylinder mit einer ebenen Oberfläche zugeführt wird. Dort soll sie gemäß dem Druckmotiv pixelweise selektiv erwärmt werden, wobei die erwärmten und somit geschmolzenen Pixel unmittelbar auf den Bedruckstoff übertragen werden.

Dem praktischen Einsatz solcher Verfahren stehen allerdings erhebliche Schwierigkeiten entgegen. Beim Tiefdruck ist z.B. die Näpfchenentleerung bei einer Schmelzdruckfarbe sehr problematisch. Der komplizierte Verfahrensgang des Flachdruckverfahrens ist wahrscheinlich vorgeschlagen worden, weil es mit Schmelzdruckfarben im konventionellen Flachdruck unmöglich erscheint, die erforderlichen Temperaturen einzuhalten und hinreichend dünne Druckfarbenschichten zu bilden. Bei der bisher vorgeschlagenen Verwendung von Schmelzdruckfarben an Stelle von flüssigen Druckfarben im Tief- und Flachdruckverfahren stellt sich weiterhin das Problem, wie die Farbgebung gesteuert, d.h. die optische Dichte, das optische Auflösungsvermögen, die Balance der drei Grundfarben und das punktscharfe Ausdrucken erreicht bzw. den jeweiligen Bedingungen des Druckmotivs, des Bedruckstoffs sowie der Druckmaschine angepaßt werden soll. Aus diesen und weiteren Gründen ist es verständlich, daß Schmelzdruckfarben, möglicherweise abgesehen von sehr wenigen Spezialfällen, bisher nicht zur Herstellung üblicher Druckereierzeugnisse eingesetzt werden.

Bei den sehr verschiedenartig zusammengesetzten Schmelzdruckfarben im Rahmen der Erfindung kann hinsichtlich geeigneter Substanzen und Zusammensetzungen für Bindemittel und (festes) Verdünnungsmittel wie erwähnt auf die Erfahrungen aus den genannten Anwendungsgebieten, insbesondere auf die vorstehend genannten Grundsätze und Publikationen, zurückgegriffen werden.

Als Bindemittel können vor allem Harze, Polymerisate, Polykondensate und manche (auch abgewandelte) Naturstoffe einzeln oder kombiniert eingesetzt werden. Bei ihrer Auswahl sollten die folgenden Randbedingungen beachtet werden: Sie müssen schmelzbar und mit den mit ihnen zusammen eingesetzten, ihnen gegenüber niedermolekulareren Verdünnungsmitteln ausreichend verträglich sein. Ihr Schmelzbereich muß hoch genug liegen, daß die gesamte, mit ihnen hergestellte Druckfarbe nicht unterhalb 30 °C, vorzugsweise nicht unterhalb 40 °C, schmilzt. Sie müssen chemisch so stabil sein, daß sie sich bei wiederholter und auch längerzeitiger Erwärmung auf die erforderliche Betriebstemperatur nicht in störender Weise verändern, d.h. nicht zersetzen, nicht in störendem Umfang abgebaut werden und auch nicht in einem die praktische Anwendung einschränkenden Umfang nachdicken. Weiter sollen sie (wie auch sonst bei der Druckfarbenherstellung) die verwendeten Pigmente und Füllstoffe gut netzen und - im Falle bunter Farben - eine möglichst geringe Eigenfärbung haben. Schließlich sollen sie einen guten Glanz ermöglichen und in möglichst gleichbleibender Qualität kostengünstig erhältlich sein.

Die Funktion der bei Raumtemperatur festen, kristallinen oder teilweise kristallinen Schmelzdruckfarben-Verdünnungsmittel ist oben beschrieben worden. Vorzugsweise sollen sie der Kombination Bindemittel/Verdünnungsmittel einen nahe dem des Verdünnungsmittels liegenden hinreichend engen, eutektischen Schmelzbereich geben. Die gewünschte Verträglichkeit bedeutet, daß sie mit dem Bindemittel nicht reagieren, und daß bei dem erforderlichen Mischungsverhältnis keine störende Phasentrennung auftritt. Im Regelfall können keine wasserlöslichen Substanzen verwendet werden, weil dadurch die Druckfarbenschicht wasserempfindlich wird.

Geeignete Schmelzdruckfarben-Verdünnungsmittel sind viele Wachse und Paraffine. Wachse und Paraffine gehören allgemein zu den niedermolekularen kristallinen Substanzen. Wenn sie auch relativ höhermolekulare Anteile enthalten, wie z.B. manche Polyolefinwachse, dann werden sie, wie auch (temperaturabhängig) manche Polymerisate und Polykondensate, den teilweise kristallinen, d.h. den nicht gänzlich glasartig/amorphen Substanzen, zugerechnet. Daneben sind viele organische Verbindungen grundsätzlich verwendbar, wie z.B. Fettsäuren, Fettsäureester, Fettalkohole, Fettsäureamide, N-Acylverbindungen, Harnstoffderivate und Toluolsulfonamide. Selbstverständlich können auch die Verdünnungsmittel als Gemische mehrerer Substanzen eingesetzt werden.

Wie oben angedeutet, kann in manchen Fällen bei geeigneten Bindemitteleigenschaften auf ein im allgemeinen erforderliches Verdünnungsmittel verzichtet werden, sofern die ganze Schmelzdruckfarbenzubereitung dann nicht zu zähflüssig wird und auf die verfahrensgemäß angewandten Temperaturunterschiede zu träge reagiert. Dieser im allgemeinen technisch unzulängliche Grenzfall veranschaulicht aber, daß zwischen ihm und dem Fall einer sehr wirksam verdünnten Schmelzdruckfarbe, die innerhalb weniger Celsiusgrade vom festen zum recht dünnflüssigen Zustand und zurück zum festen wandelbar ist, Zwischenstufen eingestellt werden können. Solche Zwischenstufen können z.B. beim Flachdruck zur erforderlichen Zügigkeit verhelfen. Um sie zu erreichen, kann man z.B. den Massenanteil an Verdünnungsmitteln niedrig halten. Man kann auch z.B. relativ niedermolekulare Harze, Polymerisate oder Polykondensate als Verdünnungsmittel (mit-) einsetzen.

Bei entsprechender Druckfarbenzusammensetzung kann man sogar eine begrenzte Menge von Ölen miteinsetzen, d.h. von relativ niedermolekularen organischen Verbindungen, die bei Raumtemperatur flüssig sind und deren Dampfdruck hinreichend niedrig ist. Sie stören dann ebenso wenig wie beim Heatset-Rollenoffsetdruck, wo etwa 10 bis 15% der eingesetzten Öle in der getrockneten Druckfarbenschicht verbleiben, wobei das Aufnahmevermögen des Papiers und der Pigmente dazu ausreicht, daß die Druckfarbenschicht mechanisch fest genug wird.

Bei den grundsätzlich uneingeschränkt einsetzbaren, in Druckfarben üblichen Pigmenten, Farbstoffen und Füllstoffen sind selbstverständlich diejenigen auszuschließen, die bei den verfahrensgemäßen Verarbeitungstemperaturen in ihren chemischen und anwendungstechnischen Eigenschaften nicht stabil genug sind. Zur Herstellung einer Schmelzdruckfarbe müssen sie bei entsprechend erhöhter Temperatur im Bindemittel bzw. in einer geschmolzenen Bindemittel-Verdünnungsmittel-Kombination dispergiert bzw. gelöst werden. Die Erfindung bezieht sich auch auf unpigmentierte Schmelzdruckfarbenzubereitungen, wie sie beispielsweise zur Erhöhung des Glanzes übergedruckt oder zur Verminderung der Farbstärke zugemischt werden können.

Schmelzdruckfarben sind im Rahmen der Erfindung sowohl im Flach- als auch im Hochdruck von den Kurzfarbwerken her auf den Bedruckstoff übertragbar. Bevorzugt wird der Rotationsdruck. Als flüssige Schmelze verhalten sich diese Schmelzdruckfarben, wenn sie entsprechend zusammengesetzt sind und wenn die entsprechende Temperatur eingehalten wird, im Farb- und Druckwerk grundsätzlich wie eine traditionelle, bei Raumtemperatur flüssige Druckfarbe. Bei dem bevorzugten Rotationsdruck ist die Druckform auf einem rotierenden Zylinder angebracht, von dem die Druckfarbe direkt oder indirekt auf einen bahnförmig durch das Druckwerk geführten Bedruckstoff übertragen wird. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich Druckgeschwindigkeiten von mehr als 3 m/s oder sogar 5 m/s realisieren. Nach dem gegenwärtigen Erkenntnisstand ist davon auszugehen, daß im Zuge der Optimierung des Verfahrens auch Druckgeschwindigkeiten über 8 m/s erreichbar sind.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Druckverfahrens werden die Schmelzdruckfarben vorteilhafterweise der Druckerei in Form eines schütt- oder rieselfähigen Granulats angeliefert. Daneben sind auch andere Formen möglich, beispielsweise in geheizten Flüssigkeitscontainern oder als erstarrte Faßabfüllung.

Zum Drucken wird die Schmelzdruckfarbe dem Farbkasten bzw. eventuell der Farbauffangwanne des Kurzfarbwerks oder einem dem Farbwerk vorgeschalteten Zwischenbehälter zugeführt und spätestens dort auf die erforderliche Temperatur aufgeheizt und verflüssigt. Ein Zwischenbehälter empfiehlt sich beispielsweise, wenn die Rasterwalze über eine Kammerrakel oder eine in der DE 33 02 872 A1 beschriebene Vorrichtung unmittelbar mit Druckfarbe beschickt wird. Schmelzdruckfarben können beispielsweise auch in geschmolzener Form aus einem geheizten Tank über eine geeignete Rohrleitung dem geheizten Farbwerk bzw. dem Zwischenbehälter zugeführt werden.

Auch die übrigen Teile des Gesamt-Druckwerks einschließlich des Kurzfarbwerks werden so aufgeheizt, daß die Druckfarbe bis zur Übertragung auf den Bedruckstoff und bis zur Rückführung ihres abgestreiften (abgerakelten) Anteils in den Farbkasten, die Farbauffangwanne oder den Zwischenbehälter flüssig bleibt. Als Heizvorrichtungen sind einerseits im Inneren von Metallteilen vorgesehene, mit Heizflüssigkeit beschickte Hohlräume oder auch Heizkörper oder Heizdrähte geeignet und andererseits von außen her wirkende Konvektoren, Strahler oder Warmluftgebläse, sowie deren Kombinationen. Vorteilhafterweise wird das Beheizen bzw. Temperieren durch ein wärmeisolierendes Gehäuse sowie eine Vorrichtung zur Steuerung und Regulierung der Temperatur ergänzt. Damit können die Gleichmäßigkeit der Temperierung verbessert und der Energieverbrauch vermindert werden. Solche Heizvorrichtungen lassen sich bei den kompakten Druckwerken mit Kurzfarbwerken wesentlich leichter installieren als bei denjenigen mit den größervolumigen, bisher im Heatset-Druck verwendeten Walzenfarbwerken.

Die Betriebstemperatur richtet sich insbesondere nach dem Mechanismus des eigentlichen Druckvorgangs (Flachdruck, Hochdruck), dem Druckformenmaterial, den druckmaschinenbedingten Vorgaben und den Eigenschaften der jeweils verwendeten Schmelzdruckfarben. Sie liegt zwischen 30 °C und 160 °C, vorzugsweise zwischen 50 °C und 120 °C, wobei jedoch im Falle des Naß-Offsetdrucks die Druckform (der Plattenzylinder) nicht wärmer als 90 °C werden sollte. Dabei kann vorgesehen werden, daß die Temperatur innerhalb dieser Spanne im Bereich des Zwischenbehälters (falls vorhanden), des Farbkastens bzw. der Farbauffangwanne und der Farbdosiervorrichtung (also von Rasterwalze und Abstreifvorrichtung) höher ist als auf dem anschließenden Weg der Druckfarbe, d.h. an Auftragwalze(n), Druckform und gegebenenfalls Gummituch. Ein derartiger Temperaturunterschied von bis zu 35 °C kann vorteilhaft sein. Innerhalb der genannten Spannen sind die für die jeweiligen Betriebsbedingungen optimalen Betriebstemperaturen zweckmäßigerweise empirisch einzustellen. Sie sollen vorteilhafterweise besser als ± 12 °C, bevorzugt besser als ± 6 °C konstant gehalten werden.

Der Bedruckstoff, vor allem Papier, wird in der Regel ungeheizt dem Druckwerk zugeführt, so daß die Schmelzdruckfarbe sofort nach dem Druckvorgang zugleich adsorbiert wird und erstarrt. Unter besonderen Bedingungen kann das Papier kurz vor dem Einlauf ins Druckwerk auch auf eine Temperatur erwärmt werden, die unterhalb der Betriebstemperatur und oberhalb der Raumtemperatur liegt, um der Adsorption einen kleinen Vorsprung vor dem Erstarren zu geben.

Mittels einer Kühlvorrichtung, beispielsweise einem Kühlwalzenständer, kann der frische Druck bei Bedarf noch weiter verfestigt werden.

Das erfindungsgemäße Druckverfahren umfaßt sowohl den Flachdruck als auch den Hochdruck. Allgemein vorteilhaft ist es beim Hochdruck, daß keine Feuchtung erforderlich ist. Der Flachdruck hat den Vorteil, daß gerasterte Flächen besser wiedergegeben und dünnere Druckfarbenschichten erzielbar sind, die gleichmäßiger und zu einem höheren Anteil vom Bedruckstoff aufgenommen werden, so daß die Druckfarbe zu einem zuverlässig größeren Anteil bereits per Adsorption verfestigt wird.

Wenn im Naß-Offset gedruckt wird, müssen die Schmelztemperatur der Druckfarbe und die entsprechende Temperatur des Druckwerks so eingestellt werden, daß das Feuchtmittel nicht zu schnell wegtrocknet. Deshalb sollte die Druckform (der Plattenzylinder) auf maximal 90 °C temperiert sein. Außerdem können bekannte Feuchtmittelzusätze, welche beispielsweise mehrwertige Alkohole (z.B. Glyzerin) enthalten, verwendet werden. Auch kann man innerhalb des mit einem wärmeisolierenden Gehäuse umgebenen Druckwerks einschließlich Kurzfarbwerk den Wasserdampfpartialdruck gezielt erhöhen. Andererseits kann die gegenüber dem Stand der Technik erhöhte Anwendungstemperatur dazu genutzt werden, daß sich nicht zu viel Wasser in der Druckfarbe ansammelt.

Das erfindungsgemäße Druckverfahren läßt sich auch im wasserlosen Offsetdruck vorteilhaft anwenden, der seit einigen Jahren einen nicht mehr unbedeutenden Marktanteil gewonnen hat. Soweit im Flachdruck ein Aufheizen des Gummituchzylinders vermieden werden soll, ist der direkte Flachdruck (Di-Litho) anzuwenden.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden vor allem in denjenigen Anwendungsbereichen, in denen in heutiger Zeit überwiegend im Heatset-Druck gearbeitet wird, die eingangs erläuterten Nachteile des Heatset-Drucks weitgehend vermieden.

Heizenergie ist nur noch für das begrenzte Volumen des Druckfarbe führenden Teils des Gesamt-Druckwerks einschließlich des Kurzfarbwerks und gegebenenfalls einen vorgeschalteten Zwischenbehälter erforderlich. Demzufolge wird sehr viel weniger Energie benötigt als bei dem bisherigen Heatset-Verfahren. Der Trockner wird dort mit 130 bis 300 °C heißer Luft betrieben, die Nachverbrennung bei 740 bis 800 °C. Erfindungsgemäß werden nur 30 bis 160 °C für viel geringere Massenströme gebraucht. Die Anlagen für den Trockner und die Nachverbrennung sind bisher großvolumig. Sie können zusammen mit den ebenfalls großvolumigen Wärmeaustauschern eingespart werden. Es entstehen praktisch keine Abgase. Auch die Emission von Kohlendioxid, Wärme und Verbrennungsnebenprodukten wird erheblich vermindert. Bei dem Verfahren werden keine gesundheitsschädlichen oder explosionsfähigen Dampf-Luft-Gemische erzeugt, so daß keine besonderen Sicherheitsinstallationen und Vorsichtsmaßnahmen erforderlich sind. Die peripheren Anlagen zur Raumlufttechnik und zur Versorgung mit Druckluft bzw. strömender (Heiß-)Luft können viel kleiner sein als bei dem Heatset-Verfahren. Eine Versorgung mit Heizgas kann gegebenenfalls gänzlich entfallen, weil der relativ kleine Bedarf an Heizenergie anderweitig gedeckt werden kann. Schließlich muß mengenmäßig weniger Druckfarbe angeliefert werden, weil sie keine bei der Trocknung entweichenden flüchtigen Anteile enthält. Insbesondere bei Verwendung schütt- oder rieselfähig granulierter Formen sind Handhabung, Verpackung, Lagerung und Transport weniger aufwendig als bei den bisherigen flüssigen Druckfarben.

Claims

Druckverfahren zum Bedrucken eines Bedruckstoffs mit hoher Druckgeschwindigkeit und hoher Druckqualität im Flach- oder Hochdruck, bei welchem

in einem Druckwerk eine Druckfarbe durch ein Farbwerk, das mindestens eine weich-elastische Farbauftragswalze umfaßt, auf die Oberfläche einer starrharten Druckform aufgebracht, von dort auf den Bedruckstoff übertragen und anschließend verfestigt wird,

und bei welchem folgende Maßnahmen kombiniert sind:

das Farbwerk ist ein Kurzfarbwerk, das eine Rasterwalze mit einer Farbabstreifvorrichtung aufweist,

es wird eine bei Raumtemperatur feste, durch Wärmezufuhr verflüssigbare Druckfarbe eingesetzt,

das Kurzfarbwerk und ihm nachgeschaltete, Druckfarbe führende Teile des Druckwerks werden auf eine Temperatur oberhalb der Verflüssigungstemperatur der Druckfarbe temperiert,

die auf den Bedruckstoff aufgedruckte Druckfarbe wird durch Abkühlen verfestigt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckform auf eine Temperatur oberhalb der Verflüssigungstemperatur der Druckfarbe temperiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein dem Farbwerk vorgeschalteter Zwischenbehälter auf eine Temperatur oberhalb der Verflüssigungstemperatur der Druckfarbe temperiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein gegebenenfalls dem Farbwerk vorgeschalteter Zwischenbehälter, das Farbwerk und Druckfarbe führende Teile des Druckwerks auf 30 °C bis 160 °C, bevorzugt 50 °C bis 120 °C temperiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Farbwerk, insbesondere die Rasterwalze mit der zugehörigen Abstreifvorrichtung, auf eine Temperatur temperiert wird, die höher ist als die Temperatur der nachgeschalteten, Druckfarbe führenden Teile des Druckwerks.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Farbwerk, insbesondere die Rasterwalze mit der zugehörigen Abstreifvorrichtung, auf eine Temperatur temperiert wird, die um mehr als 10 K höher ist als die Temperatur der Druckform.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine dem Farbwerk vorgeschaltete, ihm Druckfarbe in schmelzflüssigem Zustand zuführende Farbzuführungsvorrichtung auf eine Temperatur temperiert wird, die höher ist als die von denjenigen Druckfarbe führenden Teilen des Druckwerks, die der Rasterwalze und der Abstreifvorrichtung nachgeschaltet sind.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbzuführungsvorrichtung auf eine Temperatur temperiert wird, die um mehr als 10 K höher ist als die Temperatur der Druckform.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Bedrucken im Naßoffset-Verfahren erfolgt und die Druckform auf maximal 90 °C temperiert wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperierung des Farbwerks oder dem Farbwerk nachgeschalteter, Druckfarbe führender Teile des Druckwerks durch eine umgebende Wärmeisolierung unterstützt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des wärmeisolierten Raums ein erhöhter Wasserdampfpartialdruck eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Abkühlen der aufgedruckten Druckfarbe eine Kühlvorrichtung verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Druckfarbe verdruckt wird, deren Bindemittel mit einem Verdünnungsmittel vermischt ist, welches ein niedrigeres Molekulargewicht als das Bindemittel hat.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Druckfarbe verdruckt wird, deren Verdünnungsmittel bei Raumtemperatur kristallin oder teilweise kristallin ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckverfahren im Rotationsdruck durchgeführt wird, wobei die Druckform auf einem rotierenden Zylinder angebracht ist, von dem die Druckfarbe direkt oder indirekt auf einen bahnförmig durch das Druckwerk geführten Bedruckstoff übertragen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit einer Druckgeschwindigkeit gedruckt wird, die größer als 3 m/s, bevorzugt größer als 5 m/s und besonders bevorzugt größer als 8 m/s ist.