Optimierung der Farbhaftung auf nichtsaugenden Substraten
Das Bedrucken von nichtsaugenden Substraten, insbesondere Kunststofffolien, aber auch Glas oder Metallsubstraten, gewinnt stetig an Bedeutung. Üblicherweise wird dabei mit UV-härtenden Druckfarben und Lacken gearbeitet. Als Druckverfahren werden Offset-, Flexo-, Tiefdruck und Inkjet eingesetzt. Ein wichtiger Anwendungsbereich ist die Verpackungsherstellung in Form von Schachteln, Tuben, Dosen oder Bechern, aber auch der Druck von ID-Karten, Großformatdrucke für den Außenbereich und die Applikation von speziellen Sicherheitsmerkmalen sind Beispiele für häufige Anwendungen.
In letzter Zeit haben sich die Probleme verschärft, da neue Anforderungen bezüglich der Recyclingfähigkeit oder wegen der aktuellen Rohstoffsituation hinzugekommen sind. So wird für Verpackungen angestrebt, nur ein Kunststoffmaterial einzusetzen und nicht beispielsweise auf einer PET-Flasche ein Etikett aus PE-Folie aufzubringen. Auch aufgrund der Bemühungen, verstärkt Recyclingmaterial einzusetzen, ändern sich die Oberflächeneigenschaften der Materialien, so dass das Bedrucken – wie auch das Beschichten oder der Auftrag von Klebstoffen – komplizierter wird.
Dabei steigen die Qualitätsansprüche hinsichtlich des äußeren Erscheinungsbildes, es werden eine brillante Farbwiedergabe und ein hoher Kontrast verlangt. Der Druck wird häufig vierfarbig ausgeführt und zusätzlich mit Sonderfarben für einen erweiterten Farbraum kombiniert. Zum Erreichen spezieller Effekte werden dazu Lacke aufgetragen oder Veredelungen durchgeführt, die visuelle Effekte, aber auch funktionelle Eigenschaften wie Schutz oder Siegelfähigkeit gewährleisten.
Entsprechend hoch sind die Erwartungen an die Beständigkeit der Drucke bei der Weiterverarbeitung (z. B. Umformen und Befüllen) sowie beim Transport und Gebrauch der Endprodukte. Neben der chemischen Beständigkeit oder der Widerstandsfähigkeit gegenüber einer Sterilisierung im Bereich der Lebensmittelverpackungen zählen die Haftung und Scheuerfestigkeit zu den wichtigsten Qualitätsparametern.
Kunststoffoberflächen sind von Natur aus unpolar und schlecht benetzbar. Das kann zu schlechter Farbwiedergabe, unscharfen Druckbildern oder dem Absplittern der getrockneten Farbe führen. Um dies zu vermeiden, müssen die Oberflächen vor der Beschichtung vorbereitet werden. Durch verschiedene Vorbehandlungsverfahren (Corona, Plasma, Beflammung, Fluorierung, UV-Bestrahlung, Primerauftrag) kann die Oberflächenspannung eines Substrats erhöht und damit die Benetzung mit Flüssigkeiten höherer Oberflächenspannung ermöglicht werden. Zusätzlich müssen die Rauheit, Porosität sowie die physikalische und chemische Anbindung des flüssigen Mediums berücksichtigt werden, um eine haltbare Verankerung auf der Oberfläche zu erreichen. Folien als Drucksubstrate werden üblicherweise vorbehandelt am Markt angeboten. Die Vorbehandlung erhöht die Oberflächenspannung, allerdings meist nur deren polaren Anteil und nicht für beliebig lange Zeit.
Zur Kontrolle der Haftung kann nach dem Druck ein Tape-Test (auch Tesa-Test) durchgeführt werden. Dabei gibt es viele potenzielle Fehlerquellen, die das Ergebnis beeinflussen. Häufig ist das verwendete Klebeband nicht einheitlich definiert bzw. ändert sich durch Alterung dessen Klebkraft. Hinzu kommt, dass den Anwendern der Einfluss der Randbedingungen (Anpressdruck, Abzugswinkel und -geschwindigkeit) nicht bewusst ist, so dass oftmals falsche Testergebnisse erzielt werden. In manchen Fällen wird das Ergebnis des Tape-Tests auch als Maß für die Aushärtung der Druckfarbe genutzt, was nicht sinnvoll ist.
Ziel des Projektes ist daher die Entwicklung von Messmethoden, die eine verlässliche Vorhersage der Haftung von Druckfarben und Lacken auf nichtsaugenden Substraten ermöglichen. Dabei sollen hauptsächlich Materialien berücksichtigt werden, die im Offsetdruckprozess zum Einsatz kommen. Zur Bearbeitung der Aufgabenstellung ist vorgesehen, eine Vielzahl von Materialkombinationen zu charakterisieren, abzudrucken und nach dem Druck zu prüfen. Die gemessenen Materialeigenschaften werden den Ergebnissen für die Farbhaftung gegenübergestellt, um entsprechende Zusammenhänge abzuleiten und eine Datenbasis für die Vorhersage der Haftung zu schaffen. Eine Teilaufgabe ist die Präzisierung der Vorgaben für den Tape-Test mittels einer einfachen Kraftmessung, mit der Fehleinschätzungen der Haftung bei der Prozesskontrolle direkt in der Druckerei vermieden werden können.
Projektlaufzeit: seit August 2022
