EP0830217B1 - Vorrichtung zum härten einer schicht auf einem substrat - Google Patents

Vorrichtung zum härten einer schicht auf einem substrat Download PDF

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EP0830217B1
EP0830217B1 EP96919674A EP96919674A EP0830217B1 EP 0830217 B1 EP0830217 B1 EP 0830217B1 EP 96919674 A EP96919674 A EP 96919674A EP 96919674 A EP96919674 A EP 96919674A EP 0830217 B1 EP0830217 B1 EP 0830217B1
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EP
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substrate
gas
housing
rinsing
nozzles
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EP96919674A
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Georg Bolte
Lutz Nölle
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Noelle GmbH
Nolle GmbH
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Noelle GmbH
Nolle GmbH
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    • B41M7/0081—After-treatment of prints, e.g. heating, irradiating, setting of the ink, protection of the printed stock using electromagnetic radiation or waves, e.g. ultraviolet radiation, electron beams
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    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B3/00—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat
    • F26B3/28—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by radiation, e.g. from the sun
    • F26B3/283—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by radiation, e.g. from the sun in combination with convection

Definitions

  • the invention relates to a device for curing an ink, lacquer, Adhesive or silicone layer, according to the preamble of claim 1.
  • the invention is concerned with the treatment of substances, in particular of dyes which have a double bond as a monomer, which is to be polymerized using UV light. It is known, Polymerize double bonds with electrons or cationically.
  • the treating mixture e.g. a dye a so-called photoinitiator needed.
  • This photoinitiator is used in excess so the polymerization reaction once started by UV light does not result from this breaks off that the dye radical reacts with the diradical oxygen. Accordingly, a relatively high concentration of Photoinitiators worked so that the probability for the dye radical, to meet and enter an oxygen radical become, relatively less than the probability of another To hit monomer with double bond and to radicalize it.
  • Central cylinder machines are known with which on a paper web or applied different colors one after the other on a plastic film each layer is dried before the next layer of paint is applied.
  • UV lamps are used to dry these individual layers of paint used and cooled by air. This is a UV lamp cooled with an outside temperature of approx. 800 ° C by sucking in air, which is led past the lamp.
  • a disadvantage of this Construction is the continuous generation of ozone, the movement of large ones Amounts of dirt particles and the heating of the coated substrate, which is particularly difficult for heat-sensitive plastic films Defects.
  • EP-A-0 161 540 describes a method for hardening a hardenable Silicon layer known that on a paper substrate surface is applied, the layer being carried out in a hardness stage Irradiation substrate with UV light while flushing the UV lamp room is subjected to gas.
  • the UV lamp room is from that Hardening room through which the substrate is led by means of a quartz glass pane separated gas-tight.
  • the cooling gas preferably air
  • Nitrogen as an inert gas is fed separately into the hardening room entered, ensuring that special locks are provided, that the entry of atmospheric oxygen into the hardening room is not possible.
  • US-A-4 143 278 describes a radiation reactor for hardening layers, Colors and the like. Described at what ambient air in the Housing, over the lamps and on the substrate surface and circulates. The use of an inert gas is not intended there. A special cooling device turns the circulating air into heat withdrawn.
  • EP-A-0 589 260 is a flexographic printing machine constructed in a modular design known, on the printing unit, a film made of plastic or Metal is printed with a UV-curing ink.
  • the printed web is fed to a UV radiation and cooling unit, which comprises a cooling cylinder, the inner cooling jacket of cooling water is flowed through.
  • the first step is that the film, which is usually very sensitive to heat and has a thickness of 10 to 50 ⁇ m during the UV irradiation must be cooled.
  • the present invention exists in performing the second step, d. H. the printing and drying / curing process in an atmosphere of purge gas. If If inert gas is used, nitrogen or carbon dioxide is preferred.
  • the purge gas does not necessarily have to be an inert gas, but can be in Depending on the layer to be hardened also dry air, moist air or be another reactive gas.
  • moist air or be another reactive gas for example, there are chemical ones Systems that are not sensitive to oxygen, but sensitive to moisture are.
  • glue on a paper web or a Plastic or aluminum foil are applied, they need water, to be able to react and harden better.
  • a polyamide film on the other hand tends to bind very strong moisture on the surface. As a result then the gas must be chosen so that this film before Printing process, that is, dehumidified before applying the color, so that there are much more favorable conditions than when the color is on a monomolecular moisture film is applied.
  • the proposal according to the invention is particularly at a high speed working flexographic cylinder machine with great advantage applicable, on which, for example, films for food packaging to be completed or where it has to be laminated. It can not only be excellent adhesion of paint to paper / plastic or aluminum foils achieve, but the problem of the unpleasant smell is caused by a significant reduction in the photoinitiator also eliminated because the hardening / drying of the individual layers of paint now takes place in a protective atmosphere and quickly.
  • the Laminar flow including oxygen can also occur in particular Entry of the substrate in the hardness stage in the form of the UV dryer Nitrogen can be replaced, the color on the surface also from that quickly absorbed oxygen is released. According to the invention can more than 80% of the photoinitiators required so far have been dispensed with that there are also significant cost savings in UV curing inks surrender.
  • a housing 1 with side walls 4, 5 is provided.
  • This housing is open at its lower end, which too has an impression cylinder 14 which is a hollow cylinder and the latter Wall coolant passages 17, through which, for example Water can flow.
  • an impression cylinder 14 which is a hollow cylinder and the latter Wall coolant passages 17, through which, for example Water can flow.
  • the side wall 5 with the cylinder surface defines a gap 8
  • a gap 9 is provided; the two columns 8, 9 are shown in the Embodiment approximately 2 mm wide.
  • the rotating cylinder transports a substrate which before entry into the housing 1 as a hardness level has been coated with a layer.
  • Nozzle bodies are provided on the outer surfaces of the side walls 4, 5, wherein between these nozzle bodies 6a, 7a and the surface of the Backing cylinder transporting substrate also provided gaps are the width of columns 8, 9 correspond.
  • a reflector 2 which is in its top area is curved and the rays of a UV lamp 3 directly on the continuous substrate aligns with that applied to the substrate To dry or harden the layer.
  • Both the housing 1 and the Reflector 2 are interspersed with coolant channels 15, 16 so that these parts can be tempered or cooled if through these channels 15, 16 a cooling medium, preferably water, circulates.
  • a purge gas source Q which has a purge gas for the hardness stage feeds in or away from it.
  • a purge gas line extends for this purpose 11 from the purge gas source Q via a gas flow and Flow regulator 10 through an opening 12a in the upper housing wall and ends in a nozzle provided in the reflector 2. So that the purge gas Rinse the space below the reflector 2 and exit from columns 8, 9. Furthermore, one extends from the gas flow and quantity regulator 10 further purge gas line 12 to the nozzle body 6a, so that through the nozzle gap 6 also flushing gas is directed onto the incoming substrate, the Transport direction in Fig. 1 is indicated by an arrow.
  • Another purge gas line 13 leads from the gas flow and quantity regulator to the nozzle body 7a and is connected to a nozzle gap 7.
  • the purge gas can also on the outlet side of the substrate on the latter, especially act on the applied layer.
  • the purge gas out the nozzle gap 7 has an additional effect by being in that of the Reflector 2 surrounding space creates a negative pressure and existing there Draws purge gas from the outlet gap 9.
  • the size of this negative pressure can be adjusted by the controller 10 and a valve V, which in the Purge gas line 11 is arranged.
  • Such a suction effect can also the nozzle gap 6 are exerted, from which purge gas not only on the Layer of the incoming substrate is directed. It is preferred that To make nozzle gaps 6, 7 adjustable in their flow angle, like this is described below.
  • Nozzle bodies 6a and 7a are each on the outer surface of the side walls 4, 5 are located, it is also possible to integrate these bodies in the side walls.
  • a nozzle body 7a is provided, which at the same time as Sun protection screen acts and is glued and screwed to the side wall.
  • the nozzle gap 7 results from the fact that a further nozzle body 18 with Is held on the nozzle body 7a by means of an adjusting screw, wherein this adjusting screw has an enlarged head, the inner edge of a gradation of the nozzle body 18 is present.
  • the nozzle gap 7 is adjustable in width.
  • This Nozzle gap 7 is supplied with purge gas via a channel 20 which is connected to the Purge gas line 13 is in flow connection. 2 is the direction of movement of the substrate, not shown in detail, by an arrow 8 indicated, the substrate through the gap 9 between the nozzle body and Impression cylinder is guided.
  • the controller 10 set the purge gas line 11 to suction operation, while the two purge gas lines 12, 13 the purge gas to the nozzle bodies 6a, 7a direct. In other words, it is up to you to choose and depending possible from the substrate to be treated, the purge gas lines 11, 12 and 13 to work as a pressure or suction line.
  • a relatively high direct radiation angle means correspondingly high ones Power yield of UV light with the disadvantage of possible substrate heating, which is compensated for by appropriate cylinder cooling becomes.
  • the reflected rays are on a water-cooled reflector system been mirrored.
  • the housing is cooled and the Interior can be filled with gas such as Be filled with nitrogen.
  • the usual light shields to protect the personnel are shown in the Embodiment designed so that they work simultaneously as a gas nozzle.
  • the angle of attack is used to achieve a "peeling effect" the gas nozzle adjustable.
  • the gas supply is controlled by the plant operation programmed.
  • the so-called light and gas flushing bar can be independent of the UV lamp unit, i.e. in front of a printing station Removal of a rough surface from oxygen before the paint is applied.
  • gas supply and discharge in the UV lamp is for these variants sensible with a combination of the regulation of the gas composition.
  • An application example is the achievement of a defined gloss level of Varnishes by changing lamp power of at least two in Direction of substrate of successive UV lamps and the targeted Change in the amount of residual oxygen during each lamp run.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Härten einer Druckfarben-, Lack-, Kleber- oder Silikonschicht, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Die Erfindung befaßt sich mit der Behandlung von Substanzen, insbesondere von Farbenstoffen, die als Monomer vorliegend eine Doppelbindung aufweisen, die mittels UV-Licht polymerisiert werden soll. Es ist bekannt, Doppelbindungen mit Elektronen oder kationisch zu polymerisieren.
Damit die UV-Strahlung die Photoreaktion starten kann, wird in dem zu behandelnden Gemisch z.B. eines Farbstoffes ein sogenannter Photoinitiator benötigt. Dieser Photoinitiator wird in einem Überschuß verwendet, damit die einmal durch UV-Licht gestartete Polymerisationsreaktion nicht dadurch abbricht, daß das Farbstoffradikal mit dem Diradikal Sauerstoff reagiert. Dementsprechend wird bislang mit einer relativ hohen Konzentration des Photoinitiators gearbeitet, damit die Wahrscheinlichkeit für das Farbstoffradikal, ein Sauerstoffradikal zu treffen und von diesem eingegangen zu werden, relativ geringer wird gegenüber der Wahrscheinlichkeit, ein weiteres Monomer mit Doppelbindung zu treffen und dieses zu radikalisieren.
Es sind Zentralzylindermaschinen bekannt, mit denen auf einer Papierbahn oder auf einer Kunststoffolie nacheinander verschiedene Farben aufgetragen werden, wobei jede Schicht getrocknet wird, bevor die nächste Farbschicht aufgetragen wird. Zum Trocknen dieser einzelnen Farbschichten werden UV-Strahler eingesetzt und mittels Luft gekühlt. Hierbei wird eine UV-Lampe mit einer Außentemperatur von ca. 800°C durch Ansaugen von Luft gekühlt, welche an der Lampe vorbeigeführt wird. Nachteilig bei dieser Konstruktion ist die stetige Erzeugung von Ozon, die Bewegung von großen Mengen Schmutzpartikeln und die Erwärmung des beschichteten Substrates, was insbesondere bei wärmeempfindlichen Kunststoffolien zu schweren Mängeln führen kann.
Abänderungen des bekannten Kühlsystems durch Wasserkühlung um bzw. vor der UV-Lampe führen zu Leistungsverlusten. Inzwischen sind Konstruktionen mit wassergekühltem Gehäuse und Reflektor und gegebenenfalls auch mit wassergekühltem Gegendruckzylinder erfolgreich im Einsatz. Diese Bauweise ist zwar wärmetechnisch nutzbar, es werden keine Schmutzpartikel bewegt und kein Ozon erzeugt, jedoch ist bei einer die UV-Lampe umhüllenden Wasserkühlung mit starken Leistungseinbußen zu rechnen.
Aus der EP-A-0 161 540 ist ein Verfahren zum Härten einer härtbaren Siliconschicht bekannt, die auf eine aus Papier bestehende Substratoberfläche aufgetragen ist, wobei die Schicht auf dem in einer Härtestufe geführten Substrat einer Bestrahlung mit UV-Licht unter Spülung des UV-Lampenraumes mit Gas unterworfen wird. Dabei ist der UV-Lampenraum von dem Härtungsraum, durch den das Substrat geführt wird, mittels einer Quarzglasscheibe gasdicht getrennt.
Das Kühlgas, vorzugsweise Luft wird durch Seitenwände der den UV-Lampenraum bildenden Kammer eingeblasen und aus letzterer durch eine Ableitung abgezogen. Stickstoff als Inertgas wird separat in den Härtungsraum eingegeben, wobei durch Vorsehen besonderer Schleusen sichergestellt ist, daß der Zutritt von Luftsauerstoff in den Härtungsraum nicht möglich ist.
Bei dieser technisch aufwendigen bekannten Anlage sind indessen erhebliche Kühlgasmengen in der Größenordnung 200 bis 300 m3/min erforderlich.
In der US-A-4 143 278 ist ein Strahlungsreaktor zum Härten von Schichten, Farben und dergl. beschrieben, bei welchem Umgebungsluft in das Gehäuse, über die Lampen und auf die Substratoberfläche geführt wird und zirkuliert. Eine Verwendung eines Inertgases ist dort nicht vorgesehen. Durch eine besondere Kühleinrichtung wird der zirkulierenden Luft Wärme entzogen.
Aus der EP-A-0 589 260 ist eine in Modulbauweise aufgebaute Flexodruckmaschine bekannt, auf deren Druckwerk eine Folie aus Kunststoff oder Metall mit einer unter UV-Strahlung aushärtenden Farbe bedruckt wird. Die bedruckte Bahn wird einer UV-Strahlungs- und Kühleinheit zugeführt, welche einen Kühlzylinder umfaßt, dessen innerer Kühlmantel von Kühlwasser durchströmt wird.
Bei der Aushärtanordnung mittels einer UV-Strahlung nach der FR-A-2 370 071 ist eine Wasserkühlung des Reflektorbereiches vorgesehen. Die Inertgasströmung erfolgt dabei entgegen der Transportrichtung der zu behandelnden Bahn und erzeugt einen Überdruck in Bahnrichtung. Eine Kühlung soll zusätzlich durch das Inertgas erfolgen. Bei dieser Anordnung ergibt sich ein hohes IR-Strahlungsniveau mit einem ungleichmäßigen Kühlungsprofil durch die Gasführung von einer Elektrodenseite zur anderen, d.h. entlang der Röhre. Damit entsteht eine Strahlungsverschiebung der einzelnen UV-Bänder.
Da gerade die Photoinitiatoren den Nachteil aufweisen, einerseits einen relativ starken Eigengeruch zu haben, andererseits auch recht teuer zu sein, besteht, ausgehend von der EP-A-0 161 540, das technische Problem der Erfindung darin, eine Vorrichtung bereitzustellen, bei dem die Menge an Photoinitiatoren beträchtlich herabgesetzt werden kann.
Die Lösung dieses Problems ergibt sich gemäß der Erfindung mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1.
Zweckmäßige Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Ansprüchen 2 bis 6 aufgeführt.
Erfindungsgemäß wird im Falle von Druckfarbe der nur maximal 20% Photoinitiatoren aufweisende Farbstoff auf eine Aluminium- oder Kunststoff-Folie bzw. Papierbahn aufgetragen und mit Hilfe von UV-Licht gehärtet/getrocknet, wobei zwei wesentliche Schritte befolgt werden. Der erste Schritt besteht darin, daß die Folie, die in der Regel sehr wärmeempfindlich ist und eine Dicke von 10 bis 50 µm aufweist, während der UV-Bestrahlung gekühlt werden muß. Andererseits besteht die vorliegende Erfindung gerade darin, den zweiten Schritt durchzuführen, d. h. den Druck- und Trocknungs/Härtungsvorgang in einer Atmosphäre von Spülgas vorzunehmen. Falls Inertgas eingesetzt wird, wird Stickstoff oder Kohlendioxid bevorzugt.
Das Spülgas muß nicht notwendigerweise ein Inertgas sein, sondern kann in Abhängigkeit von der zu härtenden Schicht auch trockene Luft, feuchte Luft oder ein anderes reaktives Gas sein. Beispielsweise gibt es chemische Systeme, die nicht gegen Sauerstoff, jedoch gegen Feuchtigkeit empfindlich sind. Wenn andererseits beispielsweise Kleber auf eine Papierbahn oder eine Kunststoff- bzw. Aluminiumfolie aufgetragen sind, benötigen diese Wasser, um besser reagieren und härten zu können. Eine Polyamid-Folie andererseits neigt dazu, an der Oberfläche sehr starke Feuchtigkeit zu binden. Demzufolge muß dann das Gas derart gewählt werden, daß diese Folie vor dem Druckvorgang, also vor dem Auftragen der Farbe entfeuchtet wird, so daß wesentlich günstigere Bedingungen vorhanden sind, als wenn die Farbe auf einen monomolekularen Feuchtigkeitsfilm aufgetragen wird.
Der erfindungsgemäße Vorschlag ist insbesondere bei einer mit hoher Geschwindigkeit arbeitenden Flexodruck-Zylindermaschine mit großem Vorteil anwendbar, auf welcher beispielsweise Folien für die Lebensmittelverpackung fertiggestellt werden oder wo kaschiert werden muß. Es läßt sich nicht nur eine ausgezeichnete Haftung von Farbe auf Papier/Kunststoff- oder Aluminiumfolien erreichen, sondern das bis dahin schwerwiegende Problem des unangenehmen Geruchs wird durch beträchtliche Herabsetzung des Photoinitiators ebenfalls beseitigt, weil das Härten/Trocknen der einzelnen Farbschichten nunmehr in einer Schutzatmosphäre und schnell erfolgt. Die Laminarströmung einschließlich Sauerstoff kann insbesondere auch vor Einlauf des Substrats in die Härtestufe in der Form des UV-Trockners durch Stickstoff ersetzt werden, wobei die Farbe an der Oberfläche auch von dem schnell aufgenommenen Sauerstoff befreit wird. Erfindungsgemäß kann also auf über 80% der bislang benötigten Photoinitiatoren verzichtet werden, so daß sich auch erhebliche Kosteneinsparungen bei den UV-härtenden Druckfarben ergeben.
Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert:
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1
schematisch in Achsrichtung eines das beschichtete Substrat transportierenden Zylinders gesehen eine Vorrichtung zum Härten einer Schicht auf dem Substrat,
Fig. 2
eine Teilansicht der äußeren Seitenwand mit an ihr angeordnetem Düsenkörper.
Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist ein Gehäuse 1 mit Seitenwänden 4, 5 vorgesehen. Dieses Gehäuse ist an seinem unteren Ende offen, welches zu einem Gegendruckzylinder 14 weist, der ein Hohlzylinder ist und dessen Wand Kühlmitteldurchgänge 17 aufweist, durch welches beispielsweise Wasser strömen kann. Während die Seitenwand 5 mit der Zylinderoberfläche einen Spalt 8 definiert, ist in Fig. 1 auf der rechten Seite zwischen der Seitenwand 4 des Gehäuses 1 und der Oberfläche des Gegendruckzylinders 14 ein Spalt 9 vorgesehen; die beiden Spalte 8, 9 sind in dem gezeigten Ausführungsbeispiel ungefähr 2 mm breit. Der rotierende Zylinder transportiert ein Substrat, welches vor Einlauf in das Gehäuse 1 als Härtestufe mit einer Schicht beschichtet worden ist.
An den Außenflächen der Seitenwände 4, 5 sind Düsenkörper vorgesehen, wobei zwischen diesen Düsenkörpern 6a, 7a und der Oberfläche des das Substrat transportierenden Gegendruckzylinders ebenfalls Spalte vorgesehen sind, die in ihrer Breite den Spalten 8, 9 entsprechen.
Innerhalb des Gehäuses 1 befindet sich ein Reflektor 2, der in seinem oberen Bereich gewölbt ist und die Strahlen einer UV-Lampe 3 direkt auf das durchlaufende Substrat richtet, um die auf das Substrat aufgetragene Schicht zu trocknen bzw. zu härten. Sowohl das Gehäuse 1 als auch der Reflektor 2 sind mit Kühlmittelkanälen 15, 16 durchsetzt, so daß diese Teile temperiert bzw. gekühlt werden können, wenn durch diese Kanäle 15, 16 ein Kühlmedium, vorzugsweise Wasser, zirkuliert.
Es ist eine Spülgasquelle Q vorgesehen, welche der Härtestufe ein Spülgas zuführt bzw. von ihr abführt. Zu diesem Zweck erstreckt sich eine Spülgasleitung 11 von der Spülgasquelle Q über einen Gasströmungs- und Mengenregler 10 durch eine Öffnung 12a in der Gehäuseoberwand und endet in einer im Reflektor 2 vorgesehenen Düse. Damit kann das Spülgas den Raum unterhalb des Reflektors 2 durchspülen und aus Spalte 8, 9 austreten. Weiterhin erstreckt sich von dem Gasströmungs- und Mengenregler 10 eine weitere Spülgasleitung 12 zu dem Düsenkörper 6a, so daß durch den Düsenspalt 6 ebenfalls Spülgas auf das einlaufende Substrat gerichtet wird, dessen Transportrichtung in Fig. 1 mit einem Pfeil angedeutet ist.
Eine weitere Spülgasleitung 13 führt vom Gasströmungs- und Mengenregler zum Düsenkörper 7a und steht in Verbindung mit einem Düsenspalt 7. Somit kann das Spülgas auch an der Auslaufseite des Substrats auf letzteres, insbesondere auf dessen aufgetragene Schicht einwirken. Das Spülgas aus dem Düsenspalt 7 hat eine zusätzliche Wirkung, indem es in dem von dem Reflektor 2 umgebenen Raum einen Unterdruck erzeugt und dort vorhandenes Spülgas aus dem Auslaufspalt 9 abzieht. Die Größe dieses Unterdruckes läßt sich vom Regler 10 und einem Ventil V einstellen, welches in der Spülgasleitung 11 angeordnet ist. Eine derartige Saugwirkung kann auch von dem Düsenspalt 6 ausgeübt werden, aus welchem Spülgas nicht nur auf die Schicht des einlaufenden Substrates gerichtet wird. Es ist bevorzugt, die Düsenspalte 6, 7 in ihrem Anströmwinkel verstellbar zu gestalten, wie dies unten beschrieben ist. Obwohl in dem gezeigten Ausführungsbeispiel die Düsenkörper 6a und 7a sich jeweils an der Außenfläche der Seitenwände 4, 5 befinden, ist es auch möglich, diese Körper in die Seitenwände zu integrieren.
Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist im Bereich des unteren Abschnittes der Seitenwand 4 ein Düsenkörper 7a vorgesehen, welcher gleichzeitig als Lichtschutzblende wirkt und mit der Seitenwand verklebt und verschraubt ist. Der Düsenspalt 7 ergibt sich dadurch, daß ein weiterer Düsenkörper 18 mit Hilfe einer Einstellschraube an dem Düsenkörper 7a gehalten ist, wobei diese Einstellschraube einen vergrößerten Kopf aufweist, dessen Innenrand an einer Abstufung des Düsenkörpers 18 anliegt. Je nach Einschraubtiefe der Einstellschraube 19 ist der Düsenspalt 7 in seiner Breite verstellbar. Diesem Düsenspalt 7 wird Spülgas über einen Kanal 20 zugeführt, der mit der Spülgasleitung 13 in Strömungsverbindung ist. In Fig. 2 ist die Bewegungsrichtung des im einzelnen nicht gezeigten Substrats durch einen Pfeil 8 angedeutet, wobei das Substrat durch den Spalt 9 zwischen Düsenkörper und Gegendruckzylinder geführt wird.
Wenn es gewünscht ist, Spülgas über das Substrat zu richten und es abschließend aus dem Raum unterhalb des Reflektors abzusaugen, wird durch Umschaltung des Reglers 10 die Spülgasleitung 11 auf Saugbetrieb gestellt, während die beiden Spülgasleitungen 12, 13 das Spülgas zu den Düsenkörpern 6a, 7a leiten. Mit anderen Worten ist es je nach Wahl und in Abhängigkeit von dem zu behandelnden Substrat möglich, die Spülgasleitungen 11, 12 und 13 als Druck- bzw. Saugleitung arbeiten zu lassen.
Beispiel
Die Reduktion der üblichen Fotoinitiatoranteile auf ca. 20% bedeutet im Normalfall eine ungenügende Vernetzungsreaktion der Druckfarbe. Ist jedoch der Sauerstoff der Luft (ca. 24%) durch Stickstoff (ca. 75%) zum größten Teil verdrängt, so stehen der Polymerisationsreaktion der Fotoinitiator/Bindemittelkombination keine äußerst reaktiven Moleküle zur Verfügung. Da bei der UV-Farbenrezeptierung mit Sauerstoffängern gearbeitet werden muß, erübrigt sich das weitgehend bei einer Sauerstoffreduktion.
a)
V = 80 m/Min (Bahngeschwindigkeit) 20% der üblichen Initiatorkonzentration, geringe UV-Lampenleistung von ca. 50 W/cm → Ablegen der Farbe auf Umlenkwalzen.
b)
gleiche Bedingungen, jedoch mit einer Stickstoffspülung zwischen Druckfarbenauftrag und UV-Bestrahlung → durchgehärtet, knin Ablegen auf Umlenkwalzen feststellbar. (Bahngeschwindigkeit).
Die beiden vergleichenden Versuche zeigen ein großes Einsparungspotential für den teuersten Rezepturbaustein (Initiator), Reduktion der Geruchsbeeinflussungen und eine bessere Vernetzung mit geringerer Migrationsneigung.
Ein relativ hoher direkter Einstrahlungswinkel bedeutet entsprechend hohe Leistungsausbeute des UV-Lichtes mit dem Nachteil der möglichen Substraterwärmung, die aber durch entsprechende Zylinderkühlungen ausgeglichen wird. Die reflektierten Strahlen sind an einem wassergekühlten Reflektorsystem gespiegelt worden. Gleichzeitig wird das Gehäuse gekühlt und der Innenraum kann mit Gas wie z.B. Stickstoff gefüllt werden.
Die üblichen Lichtblenden zum Schutz des Personals sind bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel so ausgelegt, daß sie gleichzeitig als Gasdüse arbeiten. Zur Erzielung eines "Schäleffektes" ist je nach Substratoberfläche der Anstellwinkel der Gasdüse verstellbar. Weiterhin ist eine zonenweise Abdeckung möglich, um z.B. bei schmaleren Substratbreiten weniger Gas einsetzen zu müssen. Die Gaszufuhr wird regelungstechnisch über die Anlagenfahrweise programmiert. Die sogenannte Licht- und Gasspülleiste kann unabhängig von der UV-Strahlereinheit betrieben werden, d.h. vor einer Druckstation zur Befreiung einer rauhen Oberfläche von Sauerstoff vor dem Farbauftrag.
Die Kombination einer Gasspülung z.B. vor dem UV-Strahler und einer Absaugung nach dem UV-Strahler läßt die Möglichkeit eines geregelten Gaskreislaufes zu, bei dem nach Bedarf zudosiert wird. Dieses Beispiel kann erfindungsgemäß z.B. bei einer konditionierten Luft (Feuchtigkeitsgehalt) eingesetzt werden. Interessant ist dieser Fall bei einer wasserkatalysierten Reaktion.
Als weitere Beispiele für die bezielte Anwendung von Begasungsreaktionen seien erwähnt:
  • 1. PVA / Wasser / Ammoniumchromat. Bei der Herstellung von Beschichtungen mit in Wasser gelöstem Polyvinylalkohol oder auch alternativ gelöstes Polyvinylpyrrolidon wird ein Fotoinitiator auf der Basis Diazoniumsalz oder auch Ammoniumchromat (NJ4)2 Cr2O7 eingesetzt. Die Beschichtungsmasse wird aufgetragen, getrocknet und mit einer Restfeuchte in der Filmschicht einer UV-Belichtung ausgesetzt. Diese Reaktion wird stark von der Restfeuchte und dem pH-Wert im Film beeinflußt und erfolgt erfindungsgemäß durch eine Konditionierung mit definierter Gasfeuchte und einem definierten CO2-Gehalt z.B: in einer Stickstoffspülung. Ein Anwendungsgebiet dieser Reaktion ist z.B. die Herstellung von Bildschirmen für Farbfernsehröhren (Literatur:
  • 1. G. Bolte in Farbe und Lack, 88. Jahrgang 7/1982, S. 528-533;
  • 2. J.C. Colbert, Modern Coating Technologie, Noyes Data Corp., 1982, S. 128 ff.)
  • 2. Weitere Gasspülungsmöglichkeiten können Reaktionsverstärkungen bzw. - absicherungen durch z.B. gezielte pH-Wert-Einstellung sein:
  • Isocyanatreaktion Isocyanate (Festphase) + Alkohole (Dampfphase) → Polyurethane
  • pH-Wert-Einstellung:
       Ammoniak, H2COOH, z.B. in Inertgas (N2) angereichert.
    • Für diese Varianten ist die Nutzung der Gaszu- bzw. -abfuhr im UV-Strahler sinnvoll mit einer Kombination der Regelung der Gaszusammensetzung.
    Die Menge des in dem Bereich der Härtestufe druckgeregelten, zugeführten und wieder abgeführten Spülgases kann in Abhängigkeit von der Substratgeschwindigkeit und/oder von einer oder mehreren Meßgrößen gesteuert werden. Als Meßgrößen seien beispielsweise folgende erwähnt:
  • a) Sauerstoffmessung an der Substratoberfläche zur Regelung der Stickstoffmenge.
  • b) Differenzdruckbestimmung zur Erzielung eines definierten Innengasüberdruckes im Härtungsraum.
  • c) Temperaturmessung des Gases zur Bestimmung der Kühlwirkung und dazu Regelung der Spülgasmengen.
  • d) Konzentrationsmessungen chemischer Bestandteile im Spülgas, wie Wasserdampf, CO2 und andere.
    • Ein Anwendungsbeispiel ist die Erzielung eines definierten Glanzgrades von Lacken durch Veränderung von Lampenleistungen von mindestens zwei in Substratlaufrichtung hintereinanderliegender UV-Lampen und der gezielten Veränderung der Restsauerstoffmenge beim jeweiligen Lampendurchlauf.

    Claims (6)

    1. Vorrichtung zum Härten einer Druckfarben-, Lack-, Kleber- oder Silikonschicht, mit welcher ein Substrat aus Papier, Kunststoff, Glas, Holz, oder Metall beschichtet ist, mit einem Gehäuse (1), das in Richtung zu einem das Substrat transportierenden Transportkörper (14) hin offen ist und das Substrat unter Beibehaltung von Substrateinlauf- und Substratablaufspalte (8, 9) abdeckt, und mit einer innerhalb des Gehäuses angeordneten UV-Lampe (3) mit einem Reflektor (2), welcher das UV-Licht auf das durchlaufende Substrat richtet, wobei wenigstens eine Spülgasleitung (11) einerseits mit einer Spülgasquelle (Q) und andererseits mit dem Innenraum des Gehäuses (1) über eine Düse (12) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß neben dem Substrateinlaufspalt (8) und dem Substratauslaufspalt (9) vorzugsweise mit Wasser kühlbare Spülgasdüsen (6, 7) vorgesehen sind, deren Strömungsrichtungswinkel in Bezug auf das durchlaufende Substrat einstellbar sind und welche in Strömungsverbindung mit einem Gasstromrichtungs- und Mengenregler (10) stehen, daß eine Temperiervorrichtung (17) zum Kühlen des durchlaufenden Substrats vorgesehen ist, daß die Spülgasdüsen (6, 7) an den Gehäuseseitenwänden (4, 5) vorgesehen sind und daß in dem Gehäuse (1), dem Reflektor (2) und dem Transportkörper (14) Kühlkanäle (15, 16, 17) angeordnet sind.
    2. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Spülgasdüsen (6, 7) über Leitungen (12, 13) mit dem Regler (10) verbunden sind und sich außerhalb des Gehäuses (1) befinden, so daß eine Gasspülung des Substrats auch vor und nach dem Substratdurchlauf erfolgt.
    3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spülgasdüsen (6, 7) als Lichtschutzblenden vorgesehen sind, die an den Außenseiten der Gehäuseseitenwände (4, 5) verstellbar angeordnet sind.
    4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasleitungen (11, 12, 13) von dem Regler (10) wahlweise als Gasabsaugleitungen oder Gaszuführleitungen schaltbar sind.
    5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Bestandteil einer Zentralzylindermaschine am Umfang eines Zentralzylinders angeordnet und jeweils einem Auftragswerk nach- bzw. vorgeschaltet ist.
    6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (1) eine wassergekühlte Shutterklappe vorgesehen ist, die zwischen der UV-Lampe und dem Substrat verfahrbar ist.
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