Die richtige Viskosität ist entscheidend für Flexodruckfarben, wenn Maschinen mit über 400 Metern pro Minute laufen. Die meisten lösemittelbasierten Farben funktionieren gut bei etwa 50 bis 150 Centipoise, also genau in dem Bereich, in dem sie richtig fließen, aber dennoch die Pigmente halten, ohne sich abzusetzen. UV-härtende Farben benötigen eine dickere Konsistenz, normalerweise zwischen 80 und 200 mPa·s, damit sie nicht zu früh auf den Druckwerkswalzen aushärten. Wasserbasierte Varianten arbeiten besser bei niedrigeren Viskositäten, ungefähr 20 bis 80 mPa·s, sodass sie schnell in Kunststofffolien eindringen können, da diese Materialien kaum Feuchtigkeit aufnehmen. In Studien, die MDPI im Jahr 2020 veröffentlicht hat, wurde gezeigt, dass das Verlassen dieser empfohlenen Bereiche zu Problemen führt, bei denen der Tonwertzuwachs um 15 % bis 25 % ansteigt, was letztendlich die Klarheit des Endergebnisses stark beeinträchtigt.
Scherverdünnung bedeutet im Grunde, dass ein Material weniger viskos oder flüssiger wird, wenn Kraft darauf ausgeübt wird. Diese Eigenschaft ermöglicht es Flexodruckfarben, sich bei hohen Geschwindigkeiten problemlos durch Druckmaschinen zu bewegen, ohne ihre Form zu verlieren, sobald sie die Druckoberfläche erreichen. UV-Flexodruckfarben beispielsweise reduzieren ihre Dicke typischerweise um etwa 40 bis 60 Prozent, wenn Scherkräfte von mehr als 5.000 pro Sekunde wirken. Dies macht den entscheidenden Unterschied, um saubere Drucklinien zu erzielen und lästige Farbspritzer zu reduzieren, die vor allem bei Druckgeschwindigkeiten über 600 Metern pro Minute zu einem Problem werden. Laut einigen kürzlich in ScienceDirect veröffentlichten Tests verschwenden Drucker, die die Scherverdünnungseigenschaften ihrer Druckfarben optimal einstellen, insgesamt etwa 18 Prozent weniger Material als bei Verwendung herkömmlicher Druckfarben.
Damit Hochgeschwindigkeits-Flexodruck ordnungsgemäß funktioniert, müssen alle Komponenten reibungslos zusammenarbeiten, einschließlich des Tintenmesssystems, der richtigen Aniloxwalzen-Spezifikationen und hochwertiger Druckplatten. Wenn Drucker diese Aniloxwalzen mit 250 bis 400 Linien pro Zoll zusammen mit geschlossenen Rakelblättern verwenden, treten etwa 30 Prozent weniger Probleme mit viskosen Tintenveränderungen auf. Dadurch bleibt die Tintenfilmdicke weitgehend stabil, meistens innerhalb von ±0,1 Mikrometern. Feldtests in mehreren Druckereien haben auch etwas Interessantes gezeigt. Wasserbasierte Tinten, die mit einer Dicke von etwa 12 bis 15 Mikrometern aufgetragen werden, halten den Punktaufwuchs sogar bei Geschwindigkeiten von bis zu 450 Metern pro Minute unter 8 %. Das ist deutlich besser als bei nicht optimierten Anlagen, bei denen der Punktaufwuchs Werte von bis zu 22 % erreichen kann. Wenn die Tinteneigenschaften perfekt auf den Maschineneinsatz abgestimmt sind, macht das tatsächlich einen großen Unterschied. Die meisten Hersteller berichten, dass die Farbkonsistenz während langer Produktionsläufe bei Höchstgeschwindigkeit eine Abweichung von weniger als 2 % aufweist.
Die Art und Weise, wie Druckfarben formuliert sind, hat einen erheblichen Einfluss darauf, wie schnell sie trocknen und wie gut die Druckmaschine insgesamt läuft. Dies hängt vor allem von den verwendeten Harzen, der Verdampfungsgeschwindigkeit der Lösungsmittel und dem Gleichgewicht verschiedener Additive ab. Neueste Entwicklungen zeigen, dass moderne lösemittelbasierte Systeme nun niedrigviskose Harze einsetzen, die ihre Lösungsmittel etwa 22 Prozent schneller abgeben als ältere Formulierungen, berichtet der Packaging Trends Report 2023. Wasserbasierte Druckfarben haben sogar noch größere Fortschritte erzielt und erreichen dank stabiler pH-Polymere Trocknungszeiten, die um rund 35 Prozent kürzer sind. Diese Verbesserungen bedeuten, dass bei Laufgeschwindigkeiten von über 400 Metern pro Minute kaum noch Farbansammlungen entstehen. Druckereien können so achtstündige Dauerschichten mit minimalem Stillstand fahren, da der Ausschuss durch Trocknungsprobleme heutzutage unterhalb von einem halben Prozent liegt.
Die neuesten Fortschritte bei UV-, Elektronenstrahl- (EB-) und LED-Aushärtungstechnologien haben die Art und Weise revolutioniert, wie Druckfarben sich nahezu augenblicklich durch chemische Reaktionen, ausgelöst durch Licht, verfestigen. Bei UV-Flexodruck bilden diese Druckfarben typischerweise innerhalb von etwa einer halben Sekunde nach Bestrahlung mit Wellenlängen zwischen 200 und 450 Nanometern starke Bindungen. Dies ermöglicht es Druckereien, Materialien mit beeindruckenden Geschwindigkeiten von rund 750 Metern pro Minute zu produzieren, ohne das darunterliegende Material zu verformen oder zu beschädigen. Übrigens, was die Effizienz angeht, verbrauchen LED-Systeme laut einer Studie von RadTech aus 2024 etwa 60 Prozent weniger Strom als herkömmliche Quecksilberdampflampen. Und es gibt noch einen weiteren Vorteil der EB-Technologie, da sie überhaupt keine chemischen Initiatoren benötigt, was sie besonders gut für die Verpackung von Lebensmitteln eignet, wo die Sicherheitsvorschriften äußerst streng sind.
Die richtige thermische Trocknung spielt eine große Rolle, wenn es darum geht, lösemittelbasierte Flexodruckmaschinen mit hohen Geschwindigkeiten zu betreiben, insbesondere wenn strenge Umweltvorschriften eingehalten werden müssen. Viele moderne Druckmaschinen sind heute mit intelligenten Trocknungssystemen ausgestattet, die sogenannte regenerative thermische Oxidatoren, kurz RTOs, verwenden. Diese Systeme können etwa 85 Prozent der Wärme aus den Abgasen zurückgewinnen. Was diesen Ansatz so effektiv macht, ist die Tatsache, dass nahezu alle VOCs mit einer Effizienz von 99,9 % zerstört werden und zudem die Energiekosten um etwa 18 bis 22 US-Dollar pro Stunde gesenkt werden, wie einige Branchenberichte aus dem vergangenen Jahr zeigen. Und das Beste: Diese Anlagen funktionieren auch bei beeindruckenden Maschinengeschwindigkeiten von 600 Metern pro Minute einwandfrei und erfüllen mühelos alle EU-Emissionsstandards.
Flexodruckfarben haften dank speziell entwickelter Harzchemien gut auf diesen herausfordernden Kunststoffen mit niedriger Oberflächenenergie, wie Polyethylen mit einer Oberflächenspannung von etwa 35–38 mN/m und Polypropylen mit etwa 29–31 mN/m. Im Vergleich zu Papier oder Karton benötigen Kunststoffe bei der Haftung chemische Bindungen statt nur mechanischer Verzahnung. Deshalb enthalten moderne Farbformulierungen oft modifizierte Polyurethane, die tatsächlich chemische Bindungen mit den Kunststoffmolekülen eingehen. Einige Hersteller haben auch mit acrylatbasierten Harzen große Fortschritte erzielt. Diese können den Kontaktwinkel so stark reduzieren, dass die Farbe sich selbst ohne Corona-Behandlung gleichmäßig auf der Oberfläche ausbreitet. Forschungen zum Flexodruck-Haftvermögen haben in der Praxis bestätigt, dass dies in verschiedenen Anwendungen sehr gut funktioniert.
Faktor | Sollbereich | Auswirkungen auf die Haftung |
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Oberflächenenergie (nach Behandlung) | ≥40 mN/m | Ermöglicht die Tintenverbreitung und -bindung |
Corona-Dosierung | 8–12 W·min/m·² | Oxidiert die Oberfläche, um polare Gruppen zu bilden |
Harzglasübergangstemperatur (Tg) | -10 °C bis 25 °C | Gewährleistet ein Gleichgewicht zwischen Flexibilität und Widerstandsfähigkeit gegen Hitze |
Wenn Polypropylen einer Coronabehandlung unterzogen wird, steigt seine Oberflächenenergie auf etwa 45–50 mN/m, da durch den Prozess Hydroxyl- und Carbonylgruppen auf die Oberfläche gebracht werden. Dadurch wird die chemische Verbindung von Materialien miteinander deutlich vereinfacht. Für wasserbasierte Flexodruckverfahren verwenden Hersteller häufig Acrylat-Copolymere mit Säurezahlen zwischen 80 und 120 mg KOH pro Gramm. Diese tragen durch Wasserstoffbrückenbindungen zu stärkeren Verbindungen bei. Lösungsmittelbasierte Systeme verfolgen einen völlig anderen Ansatz. Üblicherweise werden Polyester- und Polyurethan-Bestandteile verwendet, wobei etwa 20–35 % des Materials Hydroxylgruppen enthalten. In Kombination mit Isocyanat-Härtungsmitteln während des Aushärtungsprozesses erzeugen diese Formulierungen äußerst widerstandsfähige Filme, die auf bedruckten Oberflächen länger halten.
Flexodruckfarben haften im Allgemeinen gut an Materialien wie PET/PE und BOPP/CPP-Laminaten und behalten dabei eine Haftfestigkeit von etwa 4B gemäß ASTM D3354, wenn diese speziellen Doppelaushärtungsmethoden verwendet werden. Auch die UV-Flexo-Versionen sind ziemlich beeindruckend und behalten etwa 98 % ihrer Haftkraft bei, selbst nach drei Tagen Lagerung unter Bedingungen von 60 Grad Celsius und fast 95 % Luftfeuchtigkeit. Dies erreichen sie, indem sie Netzwerkverbindungen mit den Extrusionsbeschichtungen eingehen. Was die lösemittelbasierten Nitrocellulose-Farben angeht, so funktionieren diese sehr gut auf Retortenbeuteln. Sie können mehr als 500 Biegetests standhalten, ohne zu versagen, was bemerkenswert ist. Dies geschieht, weil die Harze genau die richtige Menge an Flexibilität besitzen, mit einem Elastizitätsmodul zwischen 1,2 und 1,8 GPa bei Raumtemperatur.
Gute Ergebnisse beim Hochgeschwindigkeitsdruck erzielen bedeutet, die Viskosität der Druckfarbe genau an den Druckprozess anzupassen. Aktuelle Forschungen auf dem Gebiet der Rheologie haben etwas Interessantes über UV-Flexodruckfarben gezeigt. Laut einer Studie aus dem vergangenen Jahr arbeiten diese Druckfarben am besten im Bereich von 90 bis 120 Zentipoise zusammen mit Aniloxwalzen mit 600 bis 1.200 Linien pro Zoll. Was macht diese Kombination effektiv? Die Art und Weise, wie diese Druckfarben unter Scherbeanspruchung dünner werden, ermöglicht ein gleichmäßiges Fließen, während die Druckplatten sich schnell schließen. Gleichzeitig behalten sie saubere Kanten und scharfe Punkte, was besonders wichtig ist, um detaillierte Bilder oder Texte korrekt wiederzugeben.
Beim Betrieb mit über 600 Metern pro Minute muss das Lösungsmittel schneller als 0,8 Gramm pro Quadratmeter pro Sekunde verdampfen, um Offset-Probleme zu vermeiden. Neue Harzsysteme haben die Probleme mit Tinten-Nebelbildung laut Packaging Frontiers des vergangenen Jahres um etwa 42 % reduziert. Diese Systeme funktionieren besser, da sie eine stärkere Kohäsion zwischen den Partikeln erzeugen, sodass die Tinte nicht auseinanderbricht, wenn sie während des Druckvorgangs extremen Zentrifugalkräften ausgesetzt ist. Die neuesten Hybrid-Formulierungen schaffen es, schnelle Trocknungseigenschaften mit guter Fließstabilität zu kombinieren. Das bedeutet, dass Drucker auch bei maximaler Maschinennutzung mit diesen extrem hohen Geschwindigkeiten eine gleichbleibend hohe Druckqualität über lange Produktionsläufe aufrechterhalten können, ohne Einbußen bei der Konsistenz hinnehmen zu müssen.
Ein großes Unternehmen der Getränkeindustrie erreichte kürzlich nahezu 98,6 % Maschinenlaufzeit, als es auf diese speziellen hybrid ausgerichteten UV- und lösemittelbasierten Flexodruckfarben umstellte, die bei etwa 610 Metern pro Minute zum Einsatz kamen. Der neue Dual-Cure-Ansatz reduzierte den Energieverbrauch der Trockner um fast 37 %, was besonders beeindruckend ist, da die Farbunterschiede während der langen 18-Stunden-Schichten dennoch unter 0,3 % blieben. Dies zeigt, dass Hersteller durch eine sorgfältige Abstimmung der Druckfarben mit den Pressenkapazitäten mit hoher Geschwindigkeit arbeiten können, ohne sich um Farbabweichungen oder Materialprobleme sorgen zu müssen. Fazit: Eine intelligente Integration macht den entscheidenden Unterschied zwischen bloßem Funktionieren und wirklich exzellenter Produktion.
Dank Verbesserungen bei Harztechnologien und Infrarottrocknungsmethoden können heutige wasserbasierte Flexodruckfarben tatsächlich mit der Trocknungsgeschwindigkeit von lösemittelbasierten mithalten. Einige neuere Formulierungen funktionieren ebenfalls sehr gut – sie trocknen auf Polyethylenfolien in weniger als 0,3 Sekunden und setzen dabei etwa halb so viele schädliche Chemikalien frei wie ältere Versionen, berichtet der kürzlich erschienene Branchenbericht „Sustainable Printing Solutions“ aus dem Jahr 2024. Die Bemühungen um umweltfreundlichere Produkte scheinen ebenfalls Früchte zu tragen. Allein im vergangenen Jahr expandierte laut Market Data Forecast Zahlen aus 2024 der europäische Markt für solche Druckfarben um rund 11 % jährlich.
Immer mehr Hersteller setzen heutzutage auf Hybrid-Härtungssysteme, die UV-, EB- und LED-Technologien miteinander kombinieren, da diese Energiekosten sparen und dabei helfen, den ständig wechselnden Vorschriften gerecht zu werden. Ein Beispiel sind UV-LED-Anlagen, die mit etwa 450 Metern pro Minute arbeiten – sie reduzieren den Stromverbrauch tatsächlich um nahezu 40 % im Vergleich zu herkömmlichen Quecksilberdampflampen. Hinzu kommt die Elektronenstrahlhärtung (EB), die lästige Photoinitiatoren überflüssig macht, wodurch sie zur idealen Wahl für Verpackungsmaterialien wird, die nicht mit Chemikalien in Berührung kommen dürfen. Das Beste daran? Diese kombinierten Systeme arbeiten extrem schnell auf verschiedensten Materialien, einschließlich BOPP-Folien und PET-Kunststoffen, ohne die Produktionsgeschwindigkeit zu verringern.
Intelligente Tinten erregen derzeit Aufsehen in der Druckindustrie. Dabei geht es um Dinge wie farbwechselnde Sicherheitstinten und spezielle Formulierungen, die mit QR-Codes funktionieren. Diese werden nun an cloudbasierte gesteuerte Druckmaschinen angeschlossen, sodass Drucker die Einstellungen während schneller Produktionsläufe flexibel anpassen können. Einige Testprojekte haben gezeigt, dass durch den Einsatz von KI-Systemen etwa 15 Prozent weniger Tinte verschwendet wird. Diese Systeme erraten im Grunde, wann die Druckplatten als nächstes aktiviert werden. Die Kombination aus digitaler Technologie und traditionellen Druckmethoden verschafft Flexodruckereien einen echten Vorteil, wenn es darum geht, Verpackungen mit unterschiedlichen Datenerfordernissen zu verarbeiten, ohne wesentlich an Geschwindigkeit einzubüßen. Die meisten Anlagen können selbst bei aktivierter smarter Funktionen weiterhin mit Geschwindigkeiten nahe 800 Meter pro Minute laufen.
Die empfohlenen Viskositätsbereiche für Flexodruckfarben variieren je nach Art: Lösungsmittelbasierte Farben sollten zwischen 50 und 150 Centipoise liegen, UV-härtende Farben zwischen 80 und 200 Centipoise und wasserbasierte Farben zwischen 20 und 80 Centipoise.
Scheverdünnendes Verhalten ist entscheidend, da es den Farben ermöglicht, sich mühelos durch Hochgeschwindigkeitsdruckmaschinen zu bewegen, ohne ihre Form zu verlieren. Dies gewährleistet saubere Drucke und reduziert Abfall.
Die Trocknungsgeschwindigkeit der Farbe wird stark von ihrer Formulierung beeinflusst, insbesondere von der Art der verwendeten Harze, Lösungsmittel und Additive, was die Maschineneffizienz verbessern und zu schnelleren Trocknungszeiten führen kann.
Hybrid-Härtungssysteme, die UV-, EB- und LED-Technologien kombinieren, bieten eine gesteigerte Effizienz, reduzierten Energieverbrauch und Einhaltung von Umweltvorschriften, wodurch sie für Hochgeschwindigkeitsdruckanwendungen besonders vorteilhaft sind.