UV-härtende Siebdruckfarben für Glasdruck

Die Technologie der Druckfarben hat sich in den letzten Jahren sehr stark weiterentwickelt, und diese Entwicklung ist bis heute noch nicht abgeschlossen, nicht nur auf dem Gebiet des Siebdrucks. UV-härtende und damit lösemittelfreie Farbsysteme haben auf vielen Gebieten, bei Druckfarben und Lackierungen, Einzug gehalten. Als Farbe für Glas tragen sie dem gestiegenen Umweltbewusstsein Rechnung und kommen auch der Forderung nach schnellen und sicheren Produktionsabläufen entgegen.

Vorteile für den Druckbetrieb:

  • Typisch für UV-Farben ist die sekundenschnelle Trocknung, auch radikalische Strahlungshärtung genannt. Dies bietet die Möglichkeit für hohe Druckgeschwindigkeiten, wie sie bei lösemittelbasierten Farben bisher nicht möglich waren. Gerade bei industriellen Anwendungen können wesentlich höhere Taktzahlen auf modernen, schnelllaufenden Maschinen gefahren werden.
  • Die unbegrenzte Sieboffenhaltung von UV-Farben ist ein weiteres starkes Argument in der Bewertung dieses Farbsystems durch den Siebdrucker. Dadurch entstehen wesentlich weniger Ausfallzeiten während des Druckprozesses.
  • Eine gleichbleibende Druckqualität in der Auflage wird erreicht, weil die Farbe keine flüchtigen Bestandteile enthält und dadurch keine Viskositätsveränderung (Farbtonverschiebung) stattfindet. Auch das störungsfreie Drucken von feinsten Details und Rastern wird durch das Nicht-Eintrocknen der Farbe im Sieb in hohem Maße gewährleistet. Gerade bei großen Auflagen und mehrteiligen Motiven stellt dies einen sehr positiven Aspekt dar.
  • Auch die perfekte Reproduzierbarkeit der Druckergebnisse bei Folgeaufträgen ist beim Einsatz von UV-Farben gegeben.
  • Durch diese Vorteile ist in vielen Einsatzbereichen eine wesentliche Produktivitätssteigerung möglich. Damit wird die Wirtschaftlichkeit und Wettbewerbsfähigkeit gerade bei hohen Auflagen bzw. Stückzahlen gesteigert (schnellste Weiterverarbeitung/Verpackung).
  • Die „Abwesenheit“ von Lösemitteln ist sehr anwenderfreundlich und stellt ein weiteres Argument für den Einsatz von UV-Farben dar.
  • Der Energiebedarf für die UV-Härtung wird von Experten als niedriger eingestuft im Vergleich mit einem Warmlufttrockner, und die platzsparende Größe eines solchen Trockners oder Inline-Moduls sind weitere Argumente für diese interessante und zukunftsweisende Technologie.

Die Funktionsweise von UV-härtenden Systemen

Die Vernetzung wird durch eine definierte UV-Strahlung ausgelöst („initiiert“), und in der Folge ergibt sich eine Kettenreaktion, die nach dem Ausreagieren der Bestandteile einen festen, sehr beständigen Farbfilm erzeugt. Dieser Härtungsvorgang basiert auf einem chemischen Prozess, bei dem kurze Molekülketten zu langen dreidimensionalen Molekülstrukturen vernetzt werden. Dieser Reaktionsmechanismus wird als radikalische Polymerisation bezeichnet.
Die Reaktionsgeschwindigkeit der Farbe im Härtungsprozess hängt im wesentlichen von Einflussgrößen ab, die in der Rezeptur und den eingesetzten Bestandteilen einer UV-Farbe angelegt sind. Die wichtigsten Komponenten einer UV-Siebdruckfarbe lassen sich wie folgt beschreiben:

  • Präpolymere/Oligomere = zähflüssige Kunstharze: Sie stellen die Basis einer UV-Farbe dar und übernehmen die Funktion des Bindemittels im Farbsystem. Sie entscheiden über wichtige Eigenschaften der Farbe wie Haftung, Beständigkeit und Flexibilität.
  • Monomere = reaktive Verdünner: Sie beeinflussen die Härtungsgeschwindigkeit und geben der Farbe die nötige Viskosität für den Druck. Sie bestimmen und steuern durch ihre Funktionalität die Vernetzungsdichte einer UV-Farbe. Über den Einsatz der Präpolymere und Monomere werden also entscheidende Weichen für ein eher flexibles oder für ein hartes Farbsystem gestellt.
  • Photoinitiatoren = Reaktionsstarter: Sie absorbieren auftreffendes UV-Licht und zerfallen dabei in sogenannte freie Radikale. Radikale sind hochreaktive Moleküle, die sich an ungesättigten Doppelbindungen anlagern können und zur Polymerisation der Acrylate führen. Die Abstimmung der Photoinitiatoren auf das Farbsystem steuert im Wesentlichen den Härtungsprozess.

Nachdem die Polymerisation abgeschlossen ist bringt der gehärtete Farbfilm sehr gute chemische und mechanische Beständigkeiten in Verbindung mit einem hohen Glanz. 

Aufgrund der fehlenden Lösemittel in der Farbe ist die Haftung zum Substrat rein mechanisch und wird von starken adhäsiven Kräften erzeugt.
Nassfilm- und Trockenfilmstärke der gedruckten Farbschicht sind identisch, weil keine flüchtigen Bestandteile enthalten sind.

Die UV-Härtung

Die Vernetzung ist in starkem Maße abhängig von der eingebrachten UV-Energie, die durch einen UV-Trockner mit geeigneten Leistungsdaten erzeugt wird.
Es kommt in erster Linie darauf an, dem UV-reaktiven Material so viel Strahlungsdosis zuzuführen, dass eine Durchhärtung, und damit verbunden auch eine gute Haftung auf dem Substrat, eintritt. Das Ziel ist eine vollständige Vernetzung der verschiedenen Komponenten – ohne ein Zuviel an Energie, die sich nachteilig auswirken kann.
Die eingebrachte Energie wird, neben anderen Faktoren, durch folgende Größen wesentlich bestimmt:

  • Energieleistung des UV-Strahlers/Dotierung
  • Reflektorqualität
  • Lampenabstand – Focuspunkt
  • Bandgeschwindigkeit in m/min

Im richtigen Zusammenspiel dieser Größen liegen die Voraussetzungen für eine einwandfreie UV-Härtung.

Weitere Einflussfaktoren für die Härtungsgeschwindigkeit

Jede UV-Farbsorte ist in ihrer Rezeptierung auf die individuellen Anforderungen des jeweiligen Einsatzzwecks und auf die verlangten Eigenschaften der gedruckten UV-Farbe (wie z. B. Flexibilität oder chemische Beständigkeiten) zugeschnitten und dadurch in ihren Härtungseigenschaften einmalig.

Gedruckte Farbschichtstärke

Je höher die gedruckte Farbschichtstärke ist, desto höher ist die zur Aushärtung benötigte Strahlungsdosis (mJ/cm²).

Unterschiedliche Farbtöne

Die Pigmentierung erschwert die Durchdringung der UV-Strahlen. An den Pigmenten werden Teile der UV-Strahlung abgelenkt, reflektiert oder gar absorbiert. Somit muss die Strahlungsdosis bei pigmentierten Farbsystemen im Vergleich zu unpigmentierten Lacken oftmals erhöht werden.

Unterschiedliche Farbe des Bedruckstoffes

Auch diese hat einen Einfluss auf die Härtungsgeschwindigkeit. Im optimalen Fall ist der Untergrund weiß und reflektiert die auftreffenden UV-Strahlen wieder nach oben durch die Farbschicht. Ist der Bedruckstoff transparent, farbig oder gar schwarz, fällt dieser Effekt weg und man braucht sofort eine höhere Strahlungsdosis.

Ultraglass UVGO / Ultraglass UVGL

Bedruckstoffe und Anwendungsgebiete

Ultraglass UVGO und UVGL sind  UV-härtende Siebdruckfarben, speziell für die Bedruckung von

  • vorbehandeltem, kaltendvergütetem Verpackungsglas, z.B. Getränkeflaschen
  • vor- und unvorbehandelte Flakons im Kosmetikbereich
  • vor- oder unvorbehandeltes Wirtschaftsglas, z. B. Trinkgläser, Aschenbecher, Vasen etc.
  • vor- oder unvorbehandeltes Flachglas für den Innenbereich, z. B. Spielautomatenscheiben, Möbelglas, Trennwände u. v. m.

Wichtig für eine gute Farbhaftung ist eine gleichmäßige Oberflächenspannung von größer als 44 mN/m. 

Weiterhin muss die Glasoberfläche sauber und absolut frei sein von Graphit, Silikon, Staub und Fettrückständen (z.B. Fingerabdrücke).
Generell verbessert eine Flammvorbehandlung des Glases unmittelbar vor der Bedruckung die Farbhaftung zum Bedruckstoff. Bei kaltendvergütetem Glas ist die Flammvorbehandlung jedoch ein absolutes Muss. Eine Uvitro®-oder Pyrosil®-Vorbehandlung bringt die bestmögliche Haftung.

Farbeinstellung

Bei UVGO und UVGL  handelt es sich um ein Zweikomponenten-System. Vor Druckbeginn muss der Haftvermittler UV-HV 8 in der vorgegebenen Menge der Farbe zugesetzt und homogen eingearbeitet werden. Bei diesem Haftvermittler handelt es sich um ein Silan der Haftungsbrücken zur Glasoberfläche bildet.
Die so eingestellte Farbe hat dann eine Topfzeit:
Bei UVGO von mind. 8 Std., bezogen auf eine Raumtemperatur von 18 °C – 25 °C.
Bei UVGL von mind. 10 Std., bezogen auf eine  Raumtemperatur von 18 °C – 25 °C.

Zugabe

2 % UV-HV 8: Bunttöne, Schwarz, Rastertöne und Lack

4 % UV-HV 8: Weiß, Deckweiß, hochdeckende Bunttöne und Farbmischungen mit Weiß- oder hochdeckendem Bunttonanteil über 50 %, alle Ätzimitationen und Bronzen

Härtung

Ein UV-Trockner mit einem Mitteldruck-Quecksilber-Strahler (180-200 W/cm) härtet UVGO und UVGL  bei 4.800 Takten/Std. oder 20 m/min aus.
Deckweiß 170, die Ätzimitationen, alle hochdeckende Bunttöne sowie Bronzen haben aufgrund des hohen Pigmentgehaltes eine etwas verlangsamte Härtungsgeschwindigkeit (ca. 3.300 Takte/Std. oder 12 m/min)
Generell ist die Härtungsgeschwindigkeit der Farbe abhängig von der Bauart des UV-Trockners (Reflektoren), der Anzahl, Alter und Leistung der UV-Lampen, der gedruckten Farbschichtstärke, der Eigenfarbe des Glases sowie der Taktzahl des UV-Trockners.
Werden Gläser mit unterschiedlichen Dicken eingesetzt ändert sich der Focuspunkt der UV-Strahlung und kann zu Härtungsproblemen führen.

Echtheit

Für die Herstellung von UVGO und UVGL werden Pigmente von mittlerer bis guter Lichtechtheit eingesetzt. Aufgrund des eingesetzten Bindemittels ist jedoch eine mehr als dreimonatige Außenbeständigkeit nicht gegeben.

Sortiment UVGO

  • 13 brillante Bunttöne, System Ultracolor
  • Deckweiß & Deckschwarz
  • Spezialbinder 904
  • Drucklack 910
  • Transparentlack UVGO 65495910ZS (silikonfrei)
  • 4 hochdeckende Töne (gelb, rot, grün, blau)
  • 4 Ätzimitationen (913, 914, 915, 916)
  • Rastertöne nach Euro-Skala normale Dichte (xx5)
  • Transparentmasse 409        
  • S-UV Bronzen (Hochglanz - Silber-, Gold- & Kupferbronzen)

Alle Farbtöne der UVGO sind hochglänzend und brillant eingestellt und können bei Bedarf auch rückseitig verspiegelt werden. UVGO ist schnell härtend und daher auch für hohe Druckgeschwindigkeiten bei Weißglas bis 80 Takte/min geeignet.

Hilfsmittel

Verdünner UVV 6

Hilfsmittel zur Reduzierung der Farbviskosität bei vertikalem Siebbetrieb oder automatischer Farbzuführung über Pumpenbetrieb.
Empfohlene Zugabemenge: 1-10 %.

Ofentrocknung

Nach der UV-Härtung ist folgende wärmeforcierte Ofentrocknung
erforderlich:
160 °C bei 20 min oder 140 °C bei 30 min
Bei geringeren Anforderungen an das Endprodukt kann auch IR-Trocknung eingesetzt werden.

Sortiment UVGL

  • 13 brillante Bunttöne, System Ultracolor
  • Deckweiß & Deckschwarz
  • 2 Ätzimitationen (913/914)    
  • Spezialbinder 904    
  • Transparentmasse 409        
  • 4 hochdeckende Töne
  • Rastertöne (höhere Dichte - xx8)
  • S-UV Bronzen (Hochglanz-Silber, Gold- & Kupferbronzen)


Alle UVGL Farbtöne sind glänzend und brillant eingestellt, auch sie können verspiegelt werden. Für hohe Druckgeschwindigkeiten bei Weißglas bis 80 Takte/min oder 20 m/min geeignet.

Hilfsmittel

Verdünner UVV 6

Hilfsmittel zum reduzieren der Farbviskosität bei vertikalem Siebbetrieb oder automatischer Farbzuführung über Pumpenbetrieb.
Empfohlene Zugabemenge: 1-10 %.

Beschleuniger UV-B1

Hilfsmittel zur Beschleunigung der Härtungsreaktion der Farbe und zur möglichen Haftungsverbesserung hin zum Untergrund aufgrund verbesserter Tiefenhärtung. Zugabe: 1–2 % Gewichtsteile.

Bilder zum Artikel

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