WO2022242960A1 - Verfahren und vorrichtung zum direktdruck auf behälter für abfüllprodukte - Google Patents

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WO2022242960A1
WO2022242960A1 PCT/EP2022/059524 EP2022059524W WO2022242960A1 WO 2022242960 A1 WO2022242960 A1 WO 2022242960A1 EP 2022059524 W EP2022059524 W EP 2022059524W WO 2022242960 A1 WO2022242960 A1 WO 2022242960A1
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Robert Weikl
Georg Gertlowski
Zsolt ROZSNYAI
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Krones Ag
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Definitions

  • the invention relates to a method and a device for direct printing on containers for filling products and a corresponding container.
  • different materials can be printed with it, for example plastics (PET, PE, PP), glass but also metallic substrates.
  • PET, PE, PP plastics
  • UV-curing inks have proven their worth because they can be fixed immediately after application using UV LEDs, which is also known as pinning or intermediate curing.
  • Inks (paints, varnishes) are usually used for this purpose, which harden/dry through free-radical polymerization when exposed to actinic radiation, since this enables rapid further processing of the substrate in the production process.
  • Plastic containers such as those made of PET, PP or PE, often have different surface properties and contain relevant additives such as antioxidants, pigments or antistatic agents.
  • Glass bottles are coated with a cold finish that impairs adhesion (e.g. polyethylene wax), cans with lacquer.
  • a cold finish that impairs adhesion (e.g. polyethylene wax), cans with lacquer.
  • radical ink systems shrink during polymerisation. This also has a negative effect on adhesion to the substrate.
  • the tempered glass bottles are, for example, first flamed with the addition of a precursor in order to produce an SiOx layer. Then an adhesion promoter is applied. The bottles then have to be dried. Plastic bottles are usually flamed or given a plasma or corona treatment.
  • Such acrylate inks are usually applied first with white, then with CMYK and finally optionally with varnish. So that the inks do not run and do not seep into the layer below, they are fixed directly after application by pinning with a UV LED. Finally, the color layers are cured together using UV lamps doped with Hg, Fe or Ga. It has been found that a comparable through-curing with UV-LEDs can hardly be achieved, since their emission spectra (mostly in UV-A) do not allow good crosslinking of the surface, which is why it is usually too soft. To- The acrylate-based inks described above also have a limited selection of initiators for food applications. Furthermore, these often have to be used in high concentrations if curing is to take place with LEDs. If the UV curing and ink composition are not properly matched, residues of uncrosslinked initiator and acrylates can also remain in the print layer.
  • the task is solved with a method according to claim 1. Accordingly, this is used for direct printing on containers for filling products, in particular beverages or similar liquid products from the food sector.
  • a cationically curing ink is applied to the containers by means of at least one ink jet print head, in particular during their transport in a direct printing machine. Furthermore, a hardening of the applied ink is triggered by means of UV radiation.
  • Cationic curing UV inks whose curing is by definition triggered by UV radiation, i.e. by photoinitiation, have the advantage over UV inks curing by free radical polymerization that the decomposition products of the photoinitiator have a longer service life in cationic inks, which is why the curing reaction continues even after UV irradiation. This leads to an overall better hardening of the applied ink.
  • cationic UV inks shrink less than radically polymerized UV inks. In comparison, this leads to improved adhesion of cationic UV inks.
  • the continued and ultimately complete crosslinking of cationic inks after irradiation is advantageous in terms of compliance for the food sector, since the reaction partners (ink components) can no longer migrate through the container wall into the filled food due to their complete crosslinking.
  • a cationic ink, coating and/or formulation is a system that cures via the cationic polymerization mechanism.
  • epoxides or oxetanes are crosslinked by ring opening.
  • photoini- tiatoren used, which form strong protonic acids after photolysis, such as diarylodonium salts.
  • the respective fission products are relatively long-lived, which is why the reaction continues after exposure to UV light.
  • cationic systems are based on free-radical chain polymerisation by crosslinking of acrylates, in which the initiators used (type I or II) lead to free-radical formation, which in turn triggers free-radical chain polymerisation.
  • the containers are in particular bottles. However, direct printing onto cans or similar containers is also conceivable.
  • the filling products are, for example, liquid foods. However, pharmaceutical or cosmetic products or those from the hygiene sector are also conceivable.
  • the container surfaces to be printed are preferably subjected to a flame in preparation for the application of the ink, in particular without the simultaneous production of an SiOx layer (without the addition of a precursor), and then cooled.
  • the ink is then applied in particular directly to the container surfaces that have been pretreated in this way, that is to say, for example, without the application of an additional adhesion promoter.
  • the pretreatment of the containers, especially those made of glass can be significantly simplified compared to the known direct printing processes.
  • the simultaneous production of a SiOx layer is possible and, depending on the application, may be technically advantageous.
  • the direct print preferably comprises a first partial print with application of a basic color, in particular white, and subsequent UV photo initiation of its curing and at least one subsequent second partial print with application of at least one color component of a color model, in particular CMYK, and subsequent UV photo initiation of its curing. This is done in each case with cationically curing ink of the appropriate color and enables the print to harden evenly through all the layers of color or ink applied.
  • a primer can be applied before the base color (white) to improve the print quality if necessary. It is also conceivable to apply a transparent primer (base coat) instead of the base color (white), as well as to supplement it to improve quality.
  • the color components could also be printed directly onto the container surface.
  • the base color is preferably intermediately hardened/fixed during the first partial print in a sequence of UV photo initiation for the subsequent application of the color components. Additionally or alternatively, in the second partial print, all the colors of the color model are first applied one after the other and then, as a result of joint UV photo initiation, at least intermediately cured/fixed and in particular final cured.
  • Final curing is to be understood as meaning that this is photoinitiated by the last UV irradiation in each case, i.e. no further irradiation follows for the complete curing of the ink.
  • the UV final curing is followed by an essentially radiation-free post-curing, for example during transport and/or storage of the printed containers.
  • the print quality of the print image can be controlled in a proven manner by intermediate curing/fixing of the cationically curing inks and, in addition, compared to known printing processes, improved through curing and resistance of the print can be achieved.
  • the direct print is preferably cured without radiation for a predetermined period of time and during this time the direct print is protected against mechanical damage during transport and storage, for example by providing chafing edges on the containers. This allows the imprint to be fully hardened/hardened while at the same time protecting it from mechanical damage.
  • the curing of the cationic ink is preferably triggered exclusively with UV-A radiation, in particular an LED emission.
  • Exclusive UV-A radiation is to be understood as meaning, for example, that at least 90% of the emitted power is emitted in the UV-A spectral range. This means that both intermediate curing/fixing and final curing are essentially triggered with UV-A light. This is advantageous with regard to the outlay on equipment.
  • Corresponding LED light sources can be controlled comparatively easily, have a long service life and are comparatively inexpensive to purchase and operate.
  • the ink is preferably used to trigger intermediate curing with UV-A radiation of 0.1-0.5 J/cm 2 , in particular 0.2-0.4 J/cm 2 , and/or to trigger final curing with subjected to UV-A radiation of 0.5-1.5 J/cm 2 , in particular 0.6-1.0 J/cm 2 .
  • Such irradiations can be generated comparatively easily with UV-A LEDs and render the use of more expensive mercury vapor lamps or the like unnecessary, particularly for final curing.
  • the final curing of the ink is photo-initiated by an in particular supplementary UV-B and/or UV-C LED emission. This can speed up the final cure in certain printing applications.
  • the final curing of the ink is photoinitiated by emission from at least one Hg vapor lamp at an exposure of 0.1-0.4 J/cm 2 .
  • the area surrounding the direct printing and/or a transport area/storage area of the containers is preferably air-conditioned.
  • a relative humidity of 50% is not exceeded during the photo-initiated intermediate curing, photo-initiated final curing and/or in the case of post-curing of the ink without radiation.
  • Air conditioning is advantageous, for example, in the area of the direct printing machine and, if necessary, when transporting containers, in order to limit the surface moisture of the container areas to be printed. This is for faster crosslinking of cationically curing inks.
  • the stated object is also achieved with a device according to claim 11. Accordingly, this is used for direct printing onto containers for filling products, in particular beverages, according to the method according to at least one of the embodiments described above.
  • the device comprises a direct printing machine with an ink supply for providing cationically curing ink, with at least one inkjet print head connected to the ink supply for applying the ink to the containers, in particular during their transport in the direct printing machine, and with at least one UV light source for photo initiation of a hardening of the applied ink.
  • Photo initiation relates to intermediate curing/fixing and final curing of the ink using UV radiation.
  • the UV light source comprises at least one LED emitting in UV-A and is also designed to photoinitiate an intermediate curing/fixing with a UV-A radiation of 0.1-0.5 J/cm 2 , the applied ink in particular 0.2-0.4 J/cm 2 and/or for photo-initiation of a final curing with UV-A radiation of 0.5-1.5 J/cm 2 , in particular 0.6-1.0 J/cm cm 2 to apply.
  • the device also comprises a flame tunnel for flame treatment of the containers to be labeled and a cooling tunnel for cooling the flame-treated containers.
  • the flame tunnel and the cooling tunnel are then preferably arranged directly upstream of the direct printing machine. This means that there is no further pre-treatment of the containers in between, such as the application of an adhesion promoter.
  • the stated object is also achieved with a container for filling products, in particular beverages, according to claim 14.
  • the container is produced with the method and/or the device according to at least one of the described embodiments.
  • the container comprises a container body made of glass, plastic and/or a cellulose material and an inkjet print applied directly thereto, in particular without an intermediate layer, comprising a base color layer, in particular white, and a multicolored printed image layer, in particular made of CMYK, each consisting of cationically hardened tin te ndrop.
  • the container includes at least one rubbing rim projecting outwardly beyond the inkjet printing. This allows the inkjet print to be protected from mechanical damage after final UV curing in a subsequent post-curing phase during transport and storage of the printed containers.
  • the rubbing edge also offers appropriate mechanical protection during the subsequent order picking and when using the containers.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a device for printing containers with cationically curing ink
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a corresponding method
  • FIG. 3 shows a container printed with the method described.
  • the device 1 for direct printing on containers 2 for liquid filling products such as drinks comprises a direct printing machine 3 with an ink supply 4 for providing cationically curing inks 5 of different colors and with inkjet print heads 6 connected to the ink supply 4 for applying the Ink 5 on the containers 2.
  • the direct printing machine 3 also includes a container carousel 7 or similar transport means known in principle for transporting the containers 2 during direct printing with the inkjet print heads 6.
  • the direct printing machine 3 comprises at least two UV light sources 8 to 10 for photo-initiating a curing of the ink 5 applied to the container 2.
  • a first UV light source 8 comprises at least one essentially UV-A emitting LED and is also designed to photoinitiate the previously applied ink 5 to fix it (intermediate curing) with a UV-A irradiation of 0.1 -0.5 J/cm 2 .
  • UV-A radiation of 0.2-0.4 J/cm 2 is particularly preferred for this.
  • the first UV light source 8 is used to harden a base color of the print to be produced, usually white, in order to fix the base color before applying color components of a color model, such as CMYK, and thereby prevent subsequently applied inks 5 from running and/or seeping in controlled and, if necessary, prevented.
  • the second UV light source 9 also includes at least one LED that emits essentially in the UV-A range and is also designed to generate the aforementioned radiation values on the containers 2 .
  • the second UV light source 9 is used to fix the color components of the color model together after they have been successively applied (intermediate hardening).
  • second UV light sources 9 shown in dashed lines for fixing individual color components, ie for example to intermediately cure a specific or each individual color component in a suitable manner before applying the next one.
  • the third UV light source 10 also comprises an essentially UV-A emitting LED and is then, however, designed to photoinitiate a final curing of all previously applied inks 5 with a UV-A radiation of 0.5- 1.5 J/cm 2 to be applied, in particular with 0.6-1.0 J/cm 2 .
  • An exclusive intermediate curing / fixing and final curing using UV-A radiation has the advantage that this can be produced with comparatively little equipment and in a particularly economical way with LEDs.
  • Exclusive UV-A irradiation is to be understood here as meaning a proportion of the emission power or irradiance that is predominantly and in particular at least 90% UV-A.
  • Another alternative to photo initiation of the final cure is to irradiate the previously fixed print using a mercury vapor lamp or the like at an exposure of 0.1- 0.8 J/cm 2 , in particular from 0.1 - 0.4 J/cm 2 .
  • the third light source 10 could also be formed with conventional components such as are customary for free-radical polymerization (acrylate crosslinking).
  • the device 1 can further comprise an output sealing station 11 for sealing the photo-initiated imprint with varnish.
  • the device 1 To pretreat the containers 2 for direct printing, the device 1 includes a flame tunnel 12 for flaming the containers 2 and a subsequent cooling tunnel 13 for cooling the containers 2 immediately before direct printing.
  • no further pretreatment of the containers 2 is interposed, ie, for example, no station for applying an adhesion promoter to the previously flamed and cooled containers 2.
  • no precursor is added in order to produce an SiOx layer on the container 2 .
  • Such is not necessary in the case of the use of cationically curing inks 5 as described.
  • the pretreatment shown as an example is adapted for direct printing onto container 2 made of glass.
  • the pre-treatment of the containers 2 depends primarily on the container material and, in the case of containers 2 made of plastic, includes, for example, a plasma treatment, corona treatment and/or flaming (without a precursor).
  • FIG. 1 also shows by way of example that the device 1 or at least the direct printing press 3 is air-conditioned with its inlet area 3a. This primarily serves to reduce / limit the humidity immediately before and during direct printing to a suitable level. For example, no moisture should be reflected by falling below the dew point on the incoming containers 2 from the cooling tunnel 13 . In addition, the cationic hardening of the inks 5 generally proceeds faster the lower the humidity acting on them.
  • the air conditioning can take place, for example, in a surrounding area 14 shown as an example in the form of a suitably separated room or at least within the housing 3b of the direct printing machine 3 and its inlet area 3a.
  • a surrounding area 14 shown as an example in the form of a suitably separated room or at least within the housing 3b of the direct printing machine 3 and its inlet area 3a.
  • the substrate moisture, ie the surface moisture of the container 2 and the ambient moisture from the cooling tunnel 13 can be reliably adjusted.
  • a storage area 15 is also indicated schematically, in which the photo-initiated, finally cured imprints on the containers 2 can post-cure over a predetermined period of time under controlled conditions.
  • the post-curing without radiation is advantageous in terms of process technology, since the curing of all applied inks 5 is always complete when a minimum radiation for photoinitiation of the final curing is reached. This requirement can be complied with in a comparatively simple manner. In order to set the required hardness and resilience of the imprints produced with the cationic inks 5, only relatively little outlay is required for process control and monitoring. In this context, post-curing without radiation is to be understood as meaning that radiation is not necessary during this time. However, additional incidence of light also has no negative effect on the imprints produced.
  • Figure 2 shows an example and a schematic of the sequence of a preferred method 21 for direct printing onto the containers 2.
  • the containers 2 are provided, for example in the form of glass bottles with a cold end coating or in the form of plastic bottles. Also conceivable are containers 2 made of a cellulose material (pulp), so-called pulp bottles.
  • pulp cellulose material
  • the containers 2 are flamed in the flame tunnel 12 without the addition of a precursor.
  • the flaming cleans the containers 2 and oxidizes their surfaces.
  • the flaming can heat the container wall to at least 120° C. in order to additionally homogenize a cold finish of the container 2, in particular up to at least the melting temperature of the cold finish (of the coating) of 170° C., for example.
  • a subsequent third step 24 the previously flame-treated containers 2 are cooled in the cooling tunnel 13 to a processing temperature suitable for direct printing.
  • the containers 2 are in a suitably air-conditioned environment.
  • the cooling in the cooling tunnel 13 primarily avoids problems with ink wetting due to excessively high temperatures.
  • the ink 5 of a primary color is provided by the ink supply 4 and is applied by at least one inkjet print head 6 to the respective container 2.
  • a subsequent fifth step 26 the previously applied ink 5 of the base color is fixed (intermediate hardened) by UV-A irradiation in the manner described above.
  • inks 5 from color components of a color model for example the colors CMYK, are successively applied in a manner known in principle by the associated inkjet print heads 6 to produce a decoration/printed image.
  • a subsequent ninth step 30 the final curing of all previously applied inks 5 and optionally the varnish is photoinitiated together by UV irradiation.
  • the process flow after the sixth step could be modified in many ways depending on the application.
  • the ninth step 30 into the seventh step 28, so that this can include a first sub-step 28a for intermediate curing of the inks 5 of the color model and a second sub-step 28b for photo-initiation of the final curing of all previously applied inks 5.
  • the eighth step 29 could also be omitted or take place after the final curing.
  • the method 21 includes a final tenth step 31 for essentially radiation-free post-curing of the photo-initiated final curing.
  • the post-curing are no active measures required for complete hardening of the imprint. In principle, it is sufficient to protect the printed containers 2 from mechanical stress on the prints produced for a predetermined period of time.
  • a UV light source 8 for example an LED with a wavelength of 395 nm
  • a combination of LEDs with different wavelengths / spectral ranges can be advantageous.
  • a combination of UV-B and UV-C LEDs can be advantageous in order to achieve improved surface hardness immediately after the ink 5 has been applied. This facilitates the handling of the loading container 2 immediately after the direct printing.
  • a combination of wavelengths in the spectral range of 270-280 nm or 360-370 nm on the one hand and 390-400 nm on the other would be suitable.
  • a combination with a UV-C LED is also conceivable, which emits in the range of 275 nm, for example.
  • UV-A radiation of 0.2-0.4 J/cm 2 leads to hardening of the ink 5, it is usually not yet abrasion-resistant immediately after the radiation. Post-curing for 24 hours then resulted in a fully dry and fully cured ink 5 with sufficient surface hardness. Due to higher values of the UV-A radiation, for example in the range of 0.6-1.0 J/cm 2 , a sufficiently good crosslinking/surface hardness of the inks 5 could already be achieved immediately afterwards.
  • a Hg vapor lamp emitting in the UV is used for the third light source 10
  • a lower level of irradiation is sufficient to achieve sufficient curing directly after the UV irradiation, for example an irradiation of 0.2-0.3 J/cm 2 .
  • the respective layer thickness of the inks 5 plays a role here, as does their composition.
  • the photo initiation of the cationic intermediate curing and final curing using UV-A radiation offers an advantage over the photo initiation of radical UV inks, which then often have a surface that is too soft for further handling, in particular because of the UV-C component that is actually necessary for this.
  • cationic curing requires a significantly smaller amount of photoinitiators and, due to the essentially radiation-free post-curing, enables essentially complete through-curing and reaction of the individual components, in contrast to free-radical polymerization, which often has an incomplete end result.
  • the final curing of the cationically curing inks 5, photoinitiated by means of UV radiation, can be adjusted relatively flexibly, depending on the further processing of the containers 2 and their design.
  • the containers 2 are designed in such a way that the printed surfaces of individual containers 2 cannot touch one another during transport.
  • the container 2 has, for example, a container body 2a made of glass with at least one rubbing edge 2b (scuffing edge) which protrudes outwards in a manner known in principle, opposite a surface 2c of the container body 2a printed as described.
  • a container body 2a made of glass with at least one rubbing edge 2b (scuffing edge) which protrudes outwards in a manner known in principle, opposite a surface 2c of the container body 2a printed as described.
  • an inkjet imprint 22 produced on the container 2 by means of the method 21 / described above with the device 1 described above. hardened ink drop.
  • Conceivable in combination with or instead of containers 2 with friction edges 2b (scouring edges) is transport in which the containers 2 do not touch one another.
  • the UV irradiation for photo-initiation of the final curing can be intensified so that even with conventional handling and/or design of the container 2 (which does not in itself offer any special mechanical protection) sufficient mechanical resistance of the inkjet print 22 is given until its complete hardening.
  • a protective layer for example made of polyethylene wax.
  • the use of cationically curing inks 5 reduces the equipment and process costs. For example, there are no additional stations for adhesion promoters / primers, the assigned Drying tunnel and UV tunnel. This saves space and reduces the expenditure on resources such as consumables and energy costs.
  • Ink-carrying components of the direct printing machine 3, such as the print heads 6, can be shielded from stray UV radiation in a manner known in principle, based on known direct printing methods.
  • the method described offers, among other things, the following advantages over known methods based on free-radically polymerizing inks: significantly streamlined processes and thus lower acquisition and maintenance costs; less space required and lower operating costs; lower energy requirement, among other things, due to the omission of UV lamps that would otherwise be required; Primers are dispensable, and associated solvents, such as alcohol, can no longer evaporate; acceleration of the process flow; increased product safety (compliance) according to the requirements for food production; low residual odor of the cationically curing inks after their crosslinking; and overall better (complete) hardening of the inks, also largely independent of the radiation used, since only a minimum value of the radiation (a minimum dose) has to be observed.

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Abstract

Beschrieben werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Direktdruck auf Behälter für Abfüllprodukte, insbesondere Getränke. Demnach wird eine kationisch härtende Tinte mittels wenigstens eines Tintenstrahldruckkopfs auf die Behälter, insbesondere während ihres Transports in einer Direktdruckmaschine aufgetragen. Ferner wird eine Härtung der aufgetragenen Tinte mittels UV-Bestrahlung ausgelöst. Dadurch lassen sich mit geringerem apparativen und prozesstechnischen Aufwand Tintenstrahlaufdrucke mit erhöhter Widerstandsfähigkeit und mit vollständiger Durchhärtung herstellen.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Direktdruck auf Behälter für Abfüllprodukte
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Direktdruck auf Behälter für Abfüll produkte sowie einen entsprechenden Behälter.
Der direkte und digitale Tintenstrahldruck auf Behälter, beispielsweise Getränkeflaschen, ist eine in Abfüllanlagen gebräuchliche Technik. Prinzipiell lassen sich damit unterschiedliche Materialien bedrucken, beispielsweise Kunststoffe (PET, PE, PP), Glas aber auch metallische Substrate. Aus prozesstechnischer Sicht haben sich dafür UV-härtende Tinten bewährt, da diese unmittelbar nach dem Aufträgen mittels UV-LED fixiert werden können, was auch als Pinnen oder Zwischen härtung bezeichnet wird.
Üblicherweise werden hierfür Tinten (Farben, Lacke) eingesetzt, die durch radikalische Polymeri sation bei Einwirken aktinischer Strahlung aushärten / trocknen, da dies eine schnelle Weiterver arbeitung des Substrats im Produktionsprozess ermöglicht.
Allerdings ist es relativ schwierig, eine ausreichende Anhaftung und mechanische Widerstands fähigkeit radikalisch polymerisierender Tinten auf Behältern zu erzielen. Kunststoffbehälter, wie solche aus PET, PP oder PE, haben oft unterschiedliche Oberflächeneigenschaften und enthal ten hierfür relevante Additive, wie Antioxidantien, Pigmente oder Antistatika. Glasflaschen werden mit einer die Anhaftung verschlechternden Kaltendvergütung (z.B. Polyethylenwachs) beschich tet, Dosen mit Lack. Erschwerend kommt hinzu, dass radikalische Farbsysteme bei der Polymeri sation schrumpfen. Dies wirkt sich ebenfalls negativ auf die Adhäsion zum Substrat aus.
Dem wird mit aufwändigen Vorbehandlungsprozessen entgegengewirkt. Die vergüteten Glasfla schen werden beispielsweise zuerst unter Beimengung eines Präkursors beflammt, um eine SiOx-Schicht zu erzeugen. Danach wird ein Haftvermittler aufgetragen. Im Nachgang müssen die Flaschen getrocknet werden. Kunststoffflaschen werden in der Regel beflammt oder erhalten eine Plasma- oder Corona-Behandlung.
Der Auftrag solcher Acrylat-Tinten erfolgt in der Regel zuerst mit Weiß, danach mit CMYK und zuletzt optional mit Varnish. Damit die Tinten nicht verlaufen und jeweils nicht in die Schicht da runter einsickern, werden diese direkt nach der Applikation durch Pinning mit einer UV-LED fixiert. Die Farbschichten werden schließlich gemeinsam ausgehärtet, wofür mit Hg, Fe oder Ga dotierte UV-Lampen verwendet werden. Es hat sich nämlich herausgestellt, dass eine vergleichbare Durchhärtung mit UV-LED kaum zu erzielen ist, da deren Emissionsspektren (meist im UV-A) keine gute Vernetzung der Oberfläche ermöglichen, weshalb diese dann meist zu weich ist. Nach- teilig bei den oben beschriebenen Tinten auf Acrylat-Basis ist auch die für Lebensmittelanwen dungen begrenzte Rohstoffauswahl an Initiatoren. Ferner müssen diese oftmals in hoher Kon zentration eingesetzt werden, wenn mit LED ausgehärtet werden soll. Bei ungenügender Abstim mung zwischen UV-Härtung und Tintenzusammensetzung können zudem Rückstände an unver- netztem Initiator und Acrylaten in der Druckschicht verbleiben.
Aufgrund der oben genannten Umstände ist der apparative Aufwand für den Direktdruck in Ab füllanlagen insgesamt sehr hoch, sodass diesbezüglich Verbesserungsbedarf besteht.
Die gestellte Aufgabe wird mit einem Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Demnach dient dieses zum Direktdruck auf Behälter für Abfüll produkte, insbesondere Getränke oder dergleichen flüs sige Produkte aus dem Lebensmittelbereich. Bei dem Verfahren wird eine kationisch härtende Tinte mittels wenigstens eines Tintenstrahldruckkopfs auf die Behälter insbesondere während ihres Transports in einer Direktdruckmaschine aufgetragen. Ferner wird eine Härtung der aufge tragenen Tinte mittels UV-Bestrahlung ausgelöst.
Es hat sich nun überraschend herausgestellt, dass für die Verwendung in Matrixdruckern und beim Flexodruck beispielsweise aus der DE 102011 106 039 A1, DE 195 00 968 und DE 43 07 766 bekannte kationisch härtende Tinten vorteilhaft für den Direktdruck auf Behälter in Abfüllanlagen eingesetzt werden können.
Kationisch härtende UV-Tinten, deren Härtung per Definition mittels UV-Bestrahlung ausgelöst wird, also durch eine Fotoinitiierung, weisen gegenüber den durch radikalische Polymerisation härtenden UV-Tinten den Vorteil auf, dass die Spaltprodukte des Fotoinitiators bei kationischen Tinten eine höhere Lebensdauer aufweisen, weshalb die Aushärtungsreaktion auch nach der UV- Bestrahlung weiterläuft. Dies führt zu einer insgesamt besseren Durchhärtung der aufgetragenen Tinte. Zudem schrumpfen kationische UV-Tinten weniger stark als die radikalisch polymerisierten UV-Tinten. Dies führt zu einer demgegenüber verbesserten Anhaftung kationischer UV-Tinten.
Zudem ist die auch nach der Bestrahlung weiterlaufende und schließlich vollständige Vernetzung kationischer Tinten hinsichtlich der Konformität für den Lebensmittelbereich vorteilhaft, da die Reaktionspartner (Tintenbestandteile) aufgrund ihrer vollständigen Vernetzung nicht mehr durch die Behälterwand in abgefüllte Lebensmittel migrieren können.
Unter einer kationischen Tinte, Beschichtung und/oder Formulierung versteht man ein System, welches über den kationischen Polymerisationsmechanismus aushärtet. Beispielsweise werden hierbei Epoxide oder Oxetane durch Ringöffnung vernetzt. Hierfür werden vorzugsweise Fotoini- tiatoren eingesetzt, die nach Fotolyse starke Protonensäuren bilden, beispielsweise Diarylodo- nium-Salze. Die jeweiligen Spaltprodukte sind relativ langlebig, weshalb die Reaktion nach der Bestrahlung mit UV-Licht noch weiterläuft.
Derartige kationische Systeme sind im Gegensatz zu den eingangs beschriebenen Systemen basierend auf einer radikalischen Kettenpolymerisation durch Vernetzung von Acrylaten zu se hen, bei der die eingesetzten Initiatoren (Typ I oder II) zu einer Radikalbildung führen, die wiede rum die radikalische Kettenpolymerisation auslöst.
Die Behälter sind insbesondere Flaschen. Denkbar ist aber auch ein Direktdruck auf Dosen oder dergleichen Behälter. Die Abfüllprodukte sind beispielsweise flüssige Lebensmittel. Denkbar sind aber auch pharmazeutische oder kosmetische Produkte oder solche aus dem Hygienebereich.
Vorzugsweise werden die zu bedruckenden Behälteroberflächen zur Vorbereitung des Tintenauf trags insbesondere ohne gleichzeitige Erzeugung einer SiOx-Schicht (ohne Beimengung eines Präkursors) beflammt und anschließend abgekühlt. Die Tinte wird dann insbesondere unmittelbar auf die derart vorbehandelten Behälteroberflächen aufgetragen, also beispielsweise ohne Auftrag eines zusätzlichen Haftvermittlers. Dadurch lässt sich die Vorbehandlung der Behälter, insbeson dere solchen aus Glas, gegenüber den bekannten Direktdruckverfahren deutlich vereinfachen. Optional ist die gleichzeitige Erzeugung einer SiOx-Schicht aber möglich und je nach Anwen dungsfall gegebenenfalls technisch vorteilhaft.
Vorzugsweise umfasst der Direktdruck einen ersten Teildruck mit Auftrag einer Grundfarbe, ins besondere Weiß, und anschließender UV-Fotoinitiierung ihrer Härtung sowie wenigstens einen daran anschließenden zweiten Teildruck mit Auftrag wenigstens einer Farbkomponente eines Farbmodells, insbesondere CMYK, und anschließender UV-Fotoinitiierung ihrer Härtung. Dies erfolgt jeweils mit kationisch härtender Tinte entsprechender Farbe und ermöglicht eine durch alle aufgetragenen Färb-/ bzw. Tintenschichten gleichmäßig gute Durchhärtung des Aufdrucks.
Optional kann eine Grundierung (Basecoat) vor der Grundfarbe (Weiß) aufgebracht werden, um gegebenenfalls die Druckqualität zu verbessern. Ebenfalls denkbar ist, eine transparente Grun dierung (Basecoat) anstelle der Grundfarbe (Weiß) aufzubringen, ebenso zu deren Ergänzung zur Qualitätsverbesserung. Auch könnten die Farbkomponenten (CMYK) direkt auf die Behälter oberfläche gedruckt werden. Vorzugsweise wird die Grundfarbe beim ersten Teildruck in Folge UV-Fotoinitiierung für den anschließenden Auftrag der Farbkomponenten zwischengehärtet / fi xiert. Ergänzend oder alternativ werden beim zweiten Teildruck zuerst sämtliche Farben des Farbmodells nacheinander aufgetragen und dann in Folge gemeinsamer UV-Fotoinitiierung we nigstens zwischengehärtet / fixiert und insbesondere endgehärtet. Unter einer Endhärtung ist zu verstehen, dass diese durch die jeweils letzte UV-Bestrahlung fo toinitiiert wird, also für das vollständige Aushärten der Tinte keine weitere Bestrahlung nachfolgt. An die UV-Endhärtung schließt sich eine im Wesentlichen bestrahlungslose Nachhärtung an, bei spielsweise beim Transport und/oder der Lagerung der bedruckten Behälter.
Somit lässt sich die Druckqualität des Druckbilds durch Zwischenhärten / Fixieren der kationisch härtenden Tinten auf bewährte Weise steuern und zusätzlich eine gegenüber bekannten Druck verfahren verbesserte Durchhärtung und Widerstandsfähigkeit des Aufdrucks erzielen.
Vorzugsweise härtet man den Direktdruck nach UV-initiierter Endhärtung bestrahlungslos über eine vorgegebene Dauer nach und schützt den Direktdruck währenddessen bei Transport und Lagerung gegen mechanische Beschädigung, beispielsweise durch Bereitstellen von Scheuer rändern an den Behältern. Dadurch lässt sich eine vollständige Durchhärtung / Aushärtung des Aufdrucks bei gleichzeitigem Schutz vor mechanischer Beschädigung erzielen.
Vorzugsweise wird die Härtung der kationischen Tinte ausschließlich mit UV-A-Strahlung insbe sondere einer LED-Emission ausgelöst. Unter ausschließlicher UV-A-Bestrahlung ist beispiels weise zu verstehen, dass wenigstens 90% der emittierten Leistung im UV-A-Spektralbereich ab gegeben werden. Das heißt, dass sowohl Zwischenhärtung / Fixierung als auch Endhärtung im Wesentlichen mit UV-A-Licht ausgelöst werden. Dies ist hinsichtlich des apparativen Aufwands vorteilhaft. Entsprechende LED-Lichtquellen lassen sich vergleichsweise einfach steuern, weisen eine hohe Lebensdauer auf und sind in Anschaffung und Betrieb vergleichsweise kostengünstig.
Vorzugsweise wird die Tinte zum Auslösen einer Zwischenhärtung mit einer UV-A-Bestrahlung von 0, 1-0,5 J/cm2, insbesondere von 0,2-0, 4 J/cm2, und/oder zum Auslösen der Endhärtung mit einer UV-A-Bestrahlung von 0,5-1, 5 J/cm2, insbesondere 0, 6-1,0 J/cm2 beaufschlagt. Derartige Bestrahlungen lassen sich mit UV-A-LED vergleichsweise problemlos erzeugen und erübrigen die Verwendung demgegenüber aufwendigerer Hg-Dampflampen oder dergleichen insbesondere zur Endhärtung.
Bei einer weiteren günstigen Ausführungsform wird die Endhärtung der Tinte durch eine insbe sondere ergänzende UV-B- und/oder UV-C-LED-Emission fotoinitiiert. Dies kann bei bestimmten Druckanwendungen die Endhärtung beschleunigen.
Bei einer alternativen Ausführungsform wird die Endhärtung der Tinte durch Emission aus we nigstens einer Hg-Dampf lampe bei einer Bestrahlung von 0,1 -0,4 J/cm2 fotoinitiiert. Auch dies kann bei bestimmten Anwendungsfällen eine beschleunigte Endhärtung bewirken. Vorzugsweise wird der Umgebungsbereich des Direktdrucks und/oder ein Transportbereich / La gerbereich der Behälter klimatisiert. Hierbei wird beispielsweise eine relative Feuchte von 50% während der fotoinitiierten Zwischenhärtung, fotoinitiierten Endhärtung und/oder bei bestrah lungsloser Nachhärtung der Tinte nicht überschritten. Eine Klimatisierung ist beispielsweise im Bereich der Direktdruckmaschine und gegebenenfalls beim Behälterantransport vorteilhaft, um die Oberflächenfeuchte der zu bedruckenden Behälterbereiche zu begrenzen. Dies dient einer schnelleren Vernetzung kationisch aushärtender Tinten.
Die gestellte Aufgabe wird ebenso mit einer Vorrichtung nach Anspruch 11 gelöst. Demnach dient diese zum Direktdruck auf Behälter für Abfüllprodukte, insbesondere Getränke, gemäß dem Ver fahren gemäß wenigstens einer der voranstehend beschriebenen Ausführungsformen. Die Vor richtung umfasst eine Direktdruckmaschine mit einer Tintenversorgung zum Bereitstellen katio nisch härtender Tinte, mit wenigstens einem an die Tintenversorgung angeschlossenen Tinten strahldruckkopf zum Auftrag der Tinte auf die Behälter insbesondere während ihres Transports in der Direktdruckmaschine, und mit wenigstens einer UV-Lichtquelle zur Fotoinitiierung einer Härtung der aufgetragenen Tinte. Damit werden die bezüglich des Anspruchs 1 beschriebenen Vorteile erzielt.
Die Fotoinitiierung betrifft die Zwischenhärtung / Fixierung und die Endhärtung der Tinte mittels UV-Bestrahlung.
Vorzugsweise umfasst die UV-Lichtquelle wenigstens eine im UV-A emittierende LED und ist ferner dazu ausgebildet, die aufgetragene Tinte zur Fotoinitiierung einer Zwischenhärtung / Fixie rung mit einer UV-A-Bestrahlung von 0, 1-0,5 J/cm2, insbesondere 0,2-0, 4 J/cm2, und/oder zur Fotoinitiierung einer Endhärtung mit einer UV-A-Bestrahlung von 0,5-1, 5 J/cm2, insbesondere 0, 6-1,0 J/cm2, zu beaufschlagen.
Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung ferner einen Flammtunnel zur Beflammung der zu etiket tierenden Behälter und einen Kühltunnel zur Kühlung der beflammten Behälter. Der Flammtunnel und der Kühltunnel sind der Direktdruckmaschine dann vorzugsweise unmittelbar vorgeschaltet. Das heißt, dass dazwischen keine weitere Vorbehandlung der Behälter erfolgt, wie beispielsweise Auftrag eines Haftvermittlers.
Die gestellte Aufgabe wird ebenso mit einem Behälter für Abfüllprodukte, insbesondere Getränke, nach Anspruch 14 gelöst. Der Behälter wird mit dem Verfahren und/oder der Vorrichtung gemäß wenigstens einer der beschriebene Ausführungsformen hergestellt. Demnach umfasst der Behälter einen Behälterkörper aus Glas, Kunststoff und/oder einem Zellu losewerkstoff und einem darauf, insbesondere ohne Zwischenschicht, direkt aufgetragenen Tin tenstrahlaufdruck umfassend eine Grundfarbschicht, insbesondere Weiß, und eine mehrfarbige Druckbildschicht, insbesondere aus CMYK, jeweils bestehend aus kationisch ausgehärteten Tin te ntropfen.
Vorzugsweise umfasst der Behälter wenigstens einen nach außen über den Tintenstrahlaufdruck überstehenden Scheuerrand. Damit lässt sich der Tintenstrahlaufdruck nach UV-Endhärtung in einer anschließenden Phase der Nachhärtung während des Transports und der Lagerung der bedruckten Behälter gegenüber mechanischen Beschädigungen schützen. Zudem bietet der Scheuerrand auch bei der anschließenden Kommissionierung und beim Gebrauch der Behälter einen entsprechenden mechanischen Schutz.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist zeichnerisch dargestellt. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Bedrucken von Behältern mit kationisch härtender Tinte;
Figur 2 eine schematische Darstellung eines entsprechenden Verfahrens; und
Figur 3 einen mit dem beschriebenen Verfahren bedruckten Behälter.
Wie die Figur 1 erkennen lässt, umfasst die Vorrichtung 1 zum Direktdruck auf Behälter 2 für flüssige Abfüllprodukte wie beispielsweise Getränke eine Direktdruckmaschine 3 mit einer Tin tenversorgung 4 zum Bereitstellen kationisch härtender Tinten 5 unterschiedlicher Farben und mit an die Tintenversorgung 4 angeschlossenen Tintenstrahldruckköpfen 6 zum Auftrag der Tin ten 5 auf die Behälter 2. Die Direktdruckmaschine 3 umfasst ferner ein Behälterkarussell 7 oder dergleichen prinzipiell bekanntes Transportmittel zum Transport der Behälter 2 während des Di rektdrucks mit den Tintenstrahldruckköpfen 6.
Die Direktdruckmaschine 3 umfasst wenigstens zwei UV-Lichtquellen 8 bis 10 zur Fotoinitiierung einer Härtung der auf die Behälter 2 aufgetragenen Tinte 5.
Im dargestellten Beispiel umfasst eine erste UV-Lichtquelle 8 wenigstens eine im Wesentlichen im UV-A-emittierende LED und ist ferner dazu ausgebildet, die zuvor aufgetragene Tinte 5 zur Fotoinitiierung ihrer Fixierung (Zwischenhärtung) mit einer UV-A-Bestrahlung von 0,1 -0,5 J/cm2, zu beaufschlagen. Besonders bevorzugt ist hierfür eine UV-A-Bestrahlung von 0,2-0, 4 J/cm2. Die erste UV-Lichtquelle 8 dient zur Härtung einer Grundfarbe des herzustellen Aufdrucks, in der Regel Weiß, um die Grundfarbe vor dem Aufträgen von Farbkomponenten eines Farbmodells, wie beispielsweise CMYK, zu fixieren und dadurch ein Verlaufen und/oder Einsickem nachfol gend aufgetragener Tinten 5 zu kontrollieren und gegebenenfalls zu verhindern.
Im Beispiel umfasst auch die zweite UV-Lichtquelle 9 wenigstens eine im Wesentlichen im UV-A- emittierende LED und ist ebenso dazu ausgebildet, die zuvor genannten Werte der Bestrahlung auf den Behältern 2 zu erzeugen. Jedoch dient die zweite UV-Lichtquelle 9 dazu, die Farbkom ponenten des Farbmodells nach deren sukzessivem Auftrag gemeinsam zu fixieren (zwischen zuhärten).
Alternativ wäre es möglich, mehrere zweite UV-Lichtquellen 9 (gestrichelt dargestellt) zum Fixie ren einzelner Farbkomponenten vorzusehen, also beispielsweise eine bestimmte oder jede ein zelne Farbkomponente vor dem Aufträgen der nächsten auf geeignete Weise zwischenzuhärten.
Im Beispiel umfasst die dritte UV-Lichtquelle 10 ebenso eine im Wesentlichen im UV-A-emittie- rende LED und ist dann jedoch dazu ausgebildet, zur Fotoinitiierung einer Endhärtung sämtlicher zuvor aufgetragener Tinten 5 mit einer UV-A-Bestrahlung von 0,5-1, 5 J/cm2 zu beaufschlagen, insbesondere mit 0, 6-1,0 J/cm2.
Generell wäre es denkbar und gegebenenfalls auch vorteilhaft, die zweite und dritte Lichtquelle 9, 10 zusammenzufassen und zur gleichzeitigen oder sukzessiven Erzeugung entsprechender Werte der Bestrahlung (siehe oben) anzusteuern.
Eine ausschließliche Zwischenhärtung / Fixierung und Endhärtung mittels UV-A-Strahlung hat den Vorteil, dass diese mit vergleichsweise geringem apparativem Aufwand und auf besonders wirtschaftliche Weise mit LED erzeugt werden kann. Unter ausschließlicher UV-A-Bestrahlung ist hierbei ein überwiegend und insbesondere zu wenigstens 90% im UV-A liegender Anteil der Emissionsleistung bzw. Bestrahlungsstärke zu verstehen.
Alternativ wäre es aber insbesondere für die gemeinsame Endhärtung des Aufdrucks denkbar, die Zwischenhärtung / Fixierung mittels UV-A-Bestrahlung durch UV-B-Bestrahlung und/oder UV- C-Bestrahlung zur Fotoinitiierung der Endhärtung zu ergänzen. Auch hierfür sind geeignete LED prinzipiell erhältlich.
Eine weitere Alternative zur Fotoinitiierung der Endhärtung ist die Bestrahlung des zuvor fixierten Aufdrucks mittels einer Quecksilberdampflampe oder dergleichen bei einer Bestrahlung von 0,1- 0,8 J/cm2, insbesondere von 0,1 -0,4 J/cm2. Die dritte Lichtquelle 10 könnte also je nach Anwen dungsfall auch mit herkömmlichen Komponenten gebildet werden, wie sie für die radikalische Polymerisation (Acrylat-Vernetzung) gebräuchlich sind.
Die Vorrichtung 1 kann ferner eine ausgangsseitige Versiegelungsstation 11 zum Versiegeln des fotoinitiierten Aufdrucks mit Varnish umfassen.
Zur Vorbehandlung der Behälter 2 für den Direktdruck umfasst die Vorrichtung 1 einen Flamm- tunnel 12 zum Beflammen der Behälter 2 und eine anschließenden Kühltunnel 13 zum Abkühlen der Behälter 2 unmittelbar vor dem Direktdruck.
Vorzugsweise ist keine weitere Vorbehandlung der Behälter 2 zwischengeschaltet, also beispiels weise auch keine Station zum Aufträgen eines Haftvermittlers auf die zuvor beflammten und ab gekühlten Behälter 2. Dadurch lässt sich der apparative und prozesstechnische Aufwand für die Vorbehandlung gegenüber bekannten Verfahren reduzieren. Dies beinhaltet auch, dass beim Be flammen der Behälter 2 vorzugsweise kein Präkursor beigemengt wird, um auf den Behältern 2 eine SiOx-Schicht zu erzeugen. Eine solche ist bei der beschriebenen Verwendung kationisch härtender Tinten 5 entbehrlich.
Hierbei versteht sich, dass die beispielhaft dargestellte Vorbehandlung für den Direktdruck auf Behälter 2 aus Glas angepasst ist. Die Vorbehandlung der Behälter 2 richtet sich vorrangig nach dem Behältermaterial und beinhaltet bei Behältern 2 aus Kunststoff beispielsweise eine Plasma- Behandlung, Corona-Behandlung und/oder ein Beflammen (ohne Präkursor).
In der Figur 1 ist ferner beispielhaft dargestellt, dass die Vorrichtung 1 oder zumindest die Direkt druckmaschine 3 mit ihrem Einlaufbereich 3a klimatisiert ist. Dies dient vorrangig einer Reduzie rung / Begrenzung der Luftfeuchte unmittelbar vor und beim Direktdruck auf ein geeignetes Maß. Beispielsweise soll sich an den aus dem Kühltunnel 13 einlaufenden Behältern 2 keine Feuchtig keit durch Taupunktunterschreitung niederschlagen. Zudem verläuft die kationische Härtung der Tinten 5 in der Regel umso schneller, je niedrigerer die darauf einwirkende Feuchte ist.
Die Klimatisierung kann beispielsweise in einem beispielhaft dargestellten Umgebungsbereich 14 in Form eines geeignet abgetrennten Raums erfolgen oder wenigstens innerhalb der Einhausung 3b der Direktdruckmaschine 3 und deren Einlaufbereich 3a. Dadurch lässt sich die Substrat feuchte, also die Oberflächenfeuchte der Behälter 2, und die Umgebungsfeuchte ab dem Kühl tunnel 13 zuverlässig einstellen. Schematisch angedeutet ist zudem ein Lagerbereich 15, in dem die fotoinitiiert endgehärteten Aufdrucke auf den Behältern 2 über einen vorgegebenen Zeitraum unter kontrollierten Bedingun gen nachhärten können. Darunter ist zu verstehen, dass die Endhärtung der Tinten 5 durch die UV-Bestrahlung initiiert wird, sich die vollständige Durchhärtung im Sinne einer Aushärtung in folge eines Weiterlaufen der zugrundeliegenden Reaktionen auch nach Beendigung der Bestrah lung erst nach einem im Wesentlichen bestrahlungslosem Nachhärten der kationischen Tinten 5 einstellt. Denkbar für das Nachhärten sind beispielsweise Zeiträume von mehreren Stunden bis Tagen. Das Nachhärten ist auch bei geeignet schonendem Transport der Behälter 2 möglich.
Die bestrahlungslose Nachhärtung ist prozesstechnisch vorteilhaft, da die Durchhärtung sämtli cher aufgetragenen Tinten 5 immer dann vollständig ist, wenn eine Mindestbestrahlung für die Fotoinitiierung der Endhärtung erreicht wird. Diese Anforderung lässt sich auf vergleichsweise einfache Weise einhalten. Um die geforderte Härte und Widerstandsfähigkeit der mit den kationi schen Tinten 5 erzeugten Aufdrucke einzustellen, ist somit nur relativ geringer Aufwand bei der Prozesssteuerung und -kontrolle erforderlich. Hierbei ist unter dem bestrahlungslos Nachhärten zu verstehen, dass eine Bestrahlung währenddessen nicht nötig ist. Ein zusätzlicher Lichteinfall hat aber auch keinen negativen Effekt auf die erzeugten Aufdrucke.
Die Figur 2 zeigt beispielhaft und schematisch den Ablauf eines bevorzugten Verfahrens 21 zum Direktdruck auf die Behälter 2.
Demnach werden die Behälter 2 in einem ersten Schritt 22 beispielsweise in Form von Glasfla schen mit einer Kaltendvergütung oder in Form von Kunststoffflaschen bereitgestellt. Ebenso denkbar sind Behälter 2 aus einem Zellulosematerial (Pulpe), sogenannte Pulpe-Flaschen.
In einem daran anschließenden zweiten Schritt 23 werden die Behälter 2 ohne Beimengung eines Präkursors im Flammtunnel 12 beflammt. Durch das Beflammen werden die Behälter 2 gereinigt und deren Oberflächen oxidiert. Optional kann das Beflammen die Behälterwand auf wenigstens 120°C erhitzen, um eine Kaltendvergütung der Behälter 2 zusätzlich zu homogenisieren, insbe sondere bis wenigstens auf die Schmelztemperatur der Kaltendvergütung (des Coatings) von beispielsweise 170°C.
In einem daran anschließenden dritten Schritt 24 werden die zuvor beflammten Behälter 2 im Kühltunnel 13 auf eine für den Direktdruck geeignete Verarbeitungstemperatur abgekühlt. Hierbei und beim anschließenden Transport der Behälter 2 zur Direktdruckmaschine 3 befinden sich die Behälter 2 in einer auf geeignete Weise klimatisierten Umgebung. Die Kühlung im Kühltunnel 13 vermeidet vorrangig, dass es aufgrund zu hoher Temperaturen zu Problemen bei der Tintenbenetzung kommen kann.
In einem daran anschließenden vierten Schritt 25 wird die Tinte 5 einer Grundfarbe, in der Regel Weiß, durch die Tintenversorgung 4 bereitgestellt und von wenigstens einem Tintenstrahldruck kopf 6 auf den jeweiligen Behälter 2 aufgetragen.
Die Funktionen der am Behälterkarussell 7 umlaufenden Behandlungspositionen (mit individuell drehbaren Drehtellem für die Behälter 2), der Tintenversorgung 4 und von Druckköpfen 6 sind prinzipiell bekannt und daher an dieser Stelle nicht erläutert.
In einem daran anschließenden fünften Schritt 26 wird die zuvor aufgetragene Tinte 5 der Grund farbe durch UV-A-Bestrahlung auf die zuvor beschriebene Weise fixiert (zwischengehärtet).
In einem daran anschließenden sechsten Schritt 27 werden Tinten 5 von Farbkomponenten eines Farbmodells, beispielsweise die Farben CMYK, zur Herstellung eines Dekors / Druckbilds von den jeweils zugeordneten Tintenstrahldruckköpfen 6 sukzessive auf prinzipiell bekannte Weise aufgetragen.
In einem daran anschließenden siebten Schritt 28 werden sämtliche zuvor aufgetragenen Tinten 5 des Farbmodells gemeinsam durch UV-A-Bestrahlung fixiert (zwischengehärtet).
Daran anschließen kann sich ein optionaler achter Schritt 29, in dem ein Varnish auf die zuvor fixierten Tinten 5 aufgetragen wird.
In einem nachfolgenden neunten Schritt 30 wird die Endhärtung sämtlicher zuvor aufgetragener Tinten 5 und gegebenenfalls des Varnish gemeinsam durch UV-Bestrahlung fotoinitiiert.
Generell könnten der Prozessablauf nach dem sechsten Schritt vielfältig je nach Anwendungsfall modifiziert werden. Beispielsweise ist es denkbar, den neunten Schritt 30 in den siebten Schritt 28 zu integrieren, sodass dieser einen ersten Teilschritt 28a zum Zwischenhärten der Tinten 5 des Farbmodells und einen zweiten Teilschritt 28b zur Fotoinitiierung der Endhärtung sämtlicher zuvor aufgetragenen Tinten 5 umfassen kann. Auch könnte der achte Schritt 29 weggelassen werden oder nach der Endhärtung erfolgen. Diese Varianten sind abhängig von den Anforderun gen an den Direktdruck auf den jeweiligen Behältertyp, also beispielsweise abhängig von dessen Material und/oder Oberflächenbeschaffenheit.
Das Verfahren 21 umfasst schließlich einen abschließenden zehnten Schritt 31 zur im Wesentli chen bestrahlungslosen Nachhärtung der fotoinitiierten Endhärtung. Bei der Nachhärtung sind keine aktiven Maßnahmen zur vollständigen Durchhärtung des Aufdrucks nötig. Im Prinzip genügt es, die bedruckten Behälter 2 für einen vorgegebenen Zeitraum vor mechanischer Belastung der hergestellten Aufdrucke zu schützen.
Auch hinsichtlich der beschriebenen Bestrahlungsparameter und Kombination von Lichtquellen 8-10 sind verschiedenen Varianten denkbar. Falls beispielsweise die LED zum Zwischenhärten / Fixieren / Pinning keine ausreichend hohe Emissionsleistung für die Fotoinitiierung der Endhär tung liefert, bietet sich die Möglichkeit, eine separate UV-LED zum Zweck der Fotoinitiierung der Endhärtung zu integrieren.
Es hat sich jedoch herausgestellt, dass in den meisten Fällen eine UV-Lichtquelle 8, beispiels weise LED mit einer Wellenlänge von 395 nm, auch für die Fotoinitiierung der Endhärtung aus reichend ist. Dennoch kann eine Kombination von LED unterschiedlicher Wellenlängen / Spekt ralbereiche vorteilhaft sein. Zum Beispiel zeigt sich, dass in bestimmten Fällen eine Kombination von UV-B- und UV-C-LED vorteilhaft sein kann, um bereits unmittelbar nach dem Auftrag der Tinten 5 eine verbesserte Oberflächenhärte zu erzielen. Dies erleichtert die Handhabung der Be hälter 2 unmittelbar anschließend an den Direktdruck. Geeignet wäre beispielsweise eine Kom bination von Wellenlängen im Spektralbereich von 270-280 nm oder 360-370 nm zum einen und von 390-400 nm zum anderen. Auch eine Kombination mit einer UV-C-LED ist denkbar, die bei spielsweise im Bereich von 275 nm emittieret.
Experimentell wurde festgestellt, dass eine UV-A-Bestrahlung von 0,2-0, 4 J/cm2 zwar zu einer Härtung der Tinte 5 führt, diese aber unmittelbar nach der Bestrahlung meist noch nicht abriebfest ist. Eine Nachhärtung über 24 Stunden führte dann zu einer vollständig trockenen und durchge härteten Tinte 5 mit ausreichender Oberflächenhärte. Infolge höherer Werte der UV-A-Bestrah- lung, beispielsweise im Bereich von 0, 6-1 ,0 J/cm2, konnte bereits unmittelbar anschließend eine ausreichend gute Vernetzung / Oberflächenhärte der Tinten 5 erzielt werden.
Verwendet man für dritte Lichtquelle 10 eine im UV emittierenden Hg-Dampflampe, so genügt schon eine geringere Bestrahlung, um eine ausreichende Aushärtung direkt nach der UV-Be- strahlung zu erzielen, beispielsweise eine Bestrahlung von 0,2-0, 3 J/cm2. Hierbei spielt allerdings die jeweilige Schichtdicke der Tinten 5 eine Rolle, ebenso deren Zusammensetzung.
Dennoch bietet die Fotoinitiierung der kationischen Zwischenhärtung und Endhärtung mittels UV-A-Bestrahlung einen Vorteil gegenüber der Fotoinitiierung radikalischer UV-Tinten, die dann oftmals eine für die weitere Handhabung zu weiche Oberfläche aufweisen, insbesondere wegen eines dafür eigentlich nötigen UV-C-Anteils. Zudem erfordert die kationische Härtung eine deutlich geringere Menge an Fotoinitiatoren und ermöglicht durch das im Wesentlichen strahlungslose Nachhärten eine im Wesentlichen vollstän dige Durchhärtung und Reaktion der einzelnen Komponenten, im Gegensatz zu der oftmals im Endergebnis unvollständigen radikalischen Polymerisation.
Die mittels UV-Bestrahlung fotoinitiierte Endhärtung der kationisch härtenden Tinten 5 kann je nach Weiterverarbeitung der Behälter 2 und deren Ausgestaltung relativ flexibel angepasst wer den.
Idealerweise sind die Behälter 2 so ausgebildet, dass sich die bedruckten Flächen einzelner Be hälter 2 beim Transport gegenseitig nicht berühren können.
Wie die Figur 3 schematisch andeutet, weist der Behälter 2 beispielsweise eine Behälterkörper 2a aus Glas mit wenigstens einem Reibrand 2b (Scheuerrand) auf, der nach außen hin gegen über einer wie beschrieben bedruckten Fläche 2c des Behälterkörpers 2a in prinzipiell bekannter Weise übersteht.
Schematisch dargestellt ist ferner ein mittels des zuvor beschriebenen Verfahrens 21 / mit der zuvor beschriebenen Vorrichtung 1 auf dem Behälter2 hergestellter Tintenstrahlaufdruck 22. Die ser besteht im Wesentlichen aus im Tintenstrahldruckverfahren direkt auf den Behälter 2 aufge tragenen kationisch härtenden Tinten 5 in Form wie beschrieben angetrockneter / gehärteter Tin te ntropfen.
Denkbar ist in Kombination oder anstelle von Behältern 2 mit Reibrändern 2b (Scheuerrändern) ein Transport, bei dem sich die Behälter 2 gegenseitig nicht berühren.
Sollten weder Reibränder 2b noch berührungslose Transportverfahren in Frage kommen, so kann gegebenenfalls die UV-Bestrahlung zur Fotoinitiierung der Endhärtung so verstärkt werden, dass auch bei einer herkömmlichen (für sich genommen keinen besonderen mechanischen Schutz bietenden) Handhabung und/oder Ausgestaltung der Behälter 2 eine ausreichende mechanische Widerstandsfähigkeit des Tintenstrahlaufdrucks 22 bis zu dessen vollständiger Durchhärtung ge geben ist.
Auch ist es denkbar, die bedruckten Behälter 2 durch abschließendes Aufsprühen einer Schutz schicht, beispielsweise aus Polyethylenwachs, zu schützen.
Gegenüber bekannten Direktdruckverfahren zum Bedrucken von Behältern in Abfüllanlagen re duziert der Einsatz kationisch härtender Tinten 5 den apparativen und prozesstechnischen Auf wand. Beispielsweise entfallen zusätzliche Stationen für Haftvermittler / Primer, dem zugeordnete Trockentunnel und UV-Tunnel. Dies spart Platz und reduziert den Aufwand für Ressourcen wie Verbrauchsmaterial und Energiekosten.
Tintenführende Komponenten der Direktdruckmaschine 3, wie beispielsweise die Druckköpfe 6, können gegenüber vagabundierender UV-Strahlung auf prinzipiell bekannte Weise in Anlehnung an bekannte Direktdruckverfahren abgeschirmt werden.
Das beschriebene Verfahren bietet unter anderem die folgenden Vorteile gegenüber bekannten Verfahren auf der Basis radikalisch polymerisierender Tinten: deutlich verschlankte Prozesse und dadurch geringere Anschaffungs- und Instandhaltungskosten; weniger Platzbedarf und geringere Betriebskosten; geringerer Energiebedarf unter anderem durch Weglassen ansonsten benötigter UV-Strahler; Primer sind entbehrlich, und zugehörige Lösemittel, wie beispielsweise Alkohol, kön nen nicht mehr verdampfen; Beschleunigung des Prozessablaufs; erhöhte Produktsicherheit (Konformität) gemäß den Anforderungen für die Lebensmittelherstellung; geringer Restgeruch der kationisch härtenden Tinten nach ihrer Vernetzung; und insgesamt bessere (vollständige) Durchhärtung der Tinten auch weitgehend unabhängig von der eingesetzten Bestrahlung, da nur ein Mindestwert der Bestrahlung (eine Mindestdosis) eingehalten werden muss.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren (21) zum Direktdruck auf Behälter (2) für Abfüllprodukte, insbesondere Getränke, wobei man eine kationisch härtende Tinte (5) mittels wenigstens eines Tintenstrahldruck kopfs (6) auf die Behälter insbesondere während ihres Transports in einer Direktdruckma schine (3) aufträgt und eine Härtung der aufgetragenen Tinte mittels UV-Bestrahlung aus löst.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei man zu bedruckende Behälteroberflächen zur Vorberei tung des Tintenauftrags insbesondere ohne gleichzeitige Erzeugung einer SiOx-Schicht be- flammt und anschließend abkühlt, und wobei die Tinte (5) insbesondere unmittelbar auf die derart vorbehandelten Behälteroberflächen aufgetragen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Direktdruck einen ersten Teildruck mit Auftrag einer Grundfarbe, insbesondere Weiß, und anschließender UV-Fotoinitiierung der Härtung und wenigstens einen daran anschließenden zweiten Teildruck mit Auftrag wenigstens ei ner Farbkomponente eines Farbmodells und anschließender UV-Fotoinitiierung der Här tung umfasst.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Grundfarbe beim ersten Teildruck infolge UV-Foto- initiierung für den anschließenden Auftrag der Farbkomponenten zwischengehärtet wird und/oder beim zweiten Teildruck zuerst sämtliche Farben des Farbmodells nacheinander aufgetragen und dann infolge gemeinsamer UV-Fotoinitiierung wenigstens zwischengehär tet und insbesondere endgehärtet werden.
5. Verfahren nach wenigstens einem der vorigen Ansprüche, wobei man einen durch Auftrag der kationisch härtenden Tinte (5) auf den Behältern (2) erzeugten Tintenstrahlaufdruck (22) infolge seiner UV-initiierten Endhärtung im Wesentlichen bestrahlungslos über eine vorgegebene Dauer nachhärtet und den Aufdruck währenddessen bei Transport und Lage rung gegen mechanische Beschädigung schützt, insbesondere durch Bereitstellen von Scheuerrändern (2b) an den Behältern.
6. Verfahren nach wenigstens einem der vorigen Ansprüche, wobei die Härtung ausschließ lich mit UV-A-Strahlung insbesondere einer LED-Emission ausgelöst wird.
7. Verfahren nach wenigstens einem der vorigen Ansprüche, wobei die Tinte (5) zum Auslö sen einer Zwischenhärtung mit einer UV-A-Bestrahlung von 0, 1-0,5 J/cm2, insbesondere 0,2-0, 4 J/cm2, und/oder zum Auslösen der Endhärtung mit einer UV-A-Bestrahlung von 0,5- 1,5 J/cm2, insbesondere 0,6-1 J/cm2, bestrahlt wird.
8. Verfahren nach wenigstens einem der vorigen Ansprüche, wobei eine Endhärtung der Tinte (5) durch eine insbesondere ergänzende UV-B- und/oder UV-C-LED-Emission fotoinitiiert wird.
9. Verfahren nach wenigstens einem der vorigen Ansprüche, wobei eine Endhärtung der Tinte (5) durch Emission aus wenigstens einer Quecksilberdampflampe bei einer Bestrahlung von 0, 1-0,4 J/cm2 fotoinitiiert wird.
10. Verfahren nach wenigstens einem der vorigen Ansprüche, wobei der Umgebungsbereich (14) des Direktdrucks und/oder ein Transportbereich / Lagerbereich (15) der Behälter (2) klimatisiert wird, und wobei insbesondere eine relative Feuchte von 50 % bei fotoinitiierter Zwischenhärtung, bei fotoinitiierter Endhärtung und/oder bei im Wesentlichen bestrahlungs loser Nachhärtung der Tinte (5) nicht überschritten wird.
11. Vorrichtung (1) zum Direktdruck auf Behälter (2) für Abfüllprodukte, insbesondere Getränke, gemäß dem Verfahren nach wenigstens einem der vorigen Ansprüche, umfassend eine Direktdruckmaschine (3) mit einer Tintenversorgung (4) zum Bereitstellen kationisch här tender Tinte (5), mit wenigstens einem an die Tintenversorgung (4) angeschlossenen Tin tenstrahldruckkopf (6) zum Auftrag der Tinte auf die Behälter insbesondere während ihres Transports in der Direktdruckmaschine, und mit wenigstens einer UV-Lichtquelle (8, 9, 10) zur Fotoinitiierung einer Härtung der aufgetragenen Tinte.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die UV-Lichtquelle (8, 9, 10) wenigstens eine im UV- A emittierende LED umfasst und dazu ausgebildet ist, die aufgetragene Tinte (5) zur Foto initiierung einer Zwischenhärtung mit einer UV-A-Bestrahlung von 0, 1-0,5 J/cm2, insbeson dere 0,2-0, 4 J/cm2, und/oder zur Fotoinitiierung einer Endhärtung mit einer UV-A-Bestrah- lung von 0,5-1, 5 J/cm2, insbesondere 0,6-1 J/cm2, zu bestrahlen.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, ferner mit der Direktdruckmaschine (3) insbeson dere unmittelbar vorgeschaltet: einem Flammtunnel (12) zur Beflammung der Behälter (2) und einem Kühltunnel (13) zur Kühlung der beflammten Behälter.
14. Behälter (2) für Abfüllprodukte, insbesondere Getränke, umfassend einen Behälterkörper (2a) aus Glas, Kunststoff und/oder einem Zellulosewerkstoff, und einen darauf, insbeson dere ohne Zwischenschicht, direkt angebrachten Tintenstrahlaufdruck (22) umfassend eine Grundfarbschicht und eine mehrfarbige Druckbildschicht jeweils bestehend aus kationisch ausgehärteten Tintentropfen.
15. Behälter nach Anspruch 14, ferner umfassend wenigstens einen nach außen über den Tin tenstrahlaufdruck (22) überstehenden Scheuerrand (2b).
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