Projekt 15356/01

Umweltfreundlicher Tampondruck / Vermeidung von Lösemittelemissionen bei großen Stückzahlen und bei groß- bzw. schmalförmigen Klischees

Projektträger

TAMPOPRINT AG
Lingwiesenstr. 1
70825 Korntal-Münchingen
Telefon: 07150-928-116

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Der Tampondruck ist ein in der Industrie weit verbreitetes Standarddruckverfahren zum Beschriften und Dekorieren unterschiedlichster Erzeugnisse, z.B. Zifferblätter von Uhren, Tachometerskalen und Armaturblenden bei Autos, Flaschenverschlüsse, Spielzeug, Einwegspritzen und CDs. Die Farbe ist mit einem durchschnittlichen Lösemittelanteil von 30% umweltbelastend. Oft wird durch Nachverdünnung vor dem Druck der Lösemittelanteil beim Anwender auf 50 bis 70% erhöht. Zusätzlich erfordert die Verdunstung im Prozess eine Nachdosierung von Lösungsmitteln.
Die Umweltbelastungen folgen aus den Emissionen der organischen Lösungsmittel und werden auf ca. 400 t pro Jahr geschätzt. Versuche zum Ersatz der lösemittelhaltigen Farben, z.B. durch UV-Farben oder wasserbasierte Systeme, sind aufgrund technischer, qualitativer und wirtschaftlicher Gründe fehlgeschlagen, so dass zu ca. 95% lösemittelhaltige Farbe verarbeitet wird. Experten erwarten auch künftig kaum Änderungen.
Der derzeit einzige sinnvolle Ansatz zur Emissionsreduzierung sind deshalb geschlossene Druckeinheiten, die bislang nur in eingeschränkten Druckbereichen (Flachdruck bis zu einem max. Rakelkopfdurchmesser von 210 mm bzw. Größenverhältnis Drucktopf zu Klischee max. 1 zu 2,2) funktionsfähig sind. Sie haben sich hier jedoch als Standard durchgesetzt.
Umweltprobleme bestehen derzeit vor allem in Druckanwendungen der sehr hohen Stückzahlen (i.d.R. Rotationstampondruck) und der großen, länglichen Klischees. D.h. in den Bereichen mit dem größten Farbverbrauch und somit den größten Emissionen müssen noch offene Systeme verwendet werden. Ziel des vorliegenden Projektes ist es, für diese Bereiche des Tampondruckes geschlossene Druckeinheiten zu entwickeln. Hierzu werden drei Lösungsansätze verfolgt:
1. Geschlossene Rotationsdruckeinheit für den Massendruck,
2. ovale Drucktöpfe und
3. Querrakeleinrichtungen für große bzw. längliche Klischees.
Ziel ist es, hierdurch Lösemittelnachdosierungen um bis zu 90% zu reduzieren.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Entwicklungsarbeiten im Projekt konzentrierten sich auf folgende Schwerpunkte:
Für den Rotationstampondruck sollten geschlossene Rotationsdruckeinheiten entwickelt werden.
Für großflächige bzw. längliche Klischees wurden zwei Lösungsansätze untersucht:
Geschlossene Querrakeleinrichtungen und geschlossene ovale Töpfe.
Im Rotationstampondruck sollte eine patentierte Idee umgesetzt werden, bei der sich Farbwanne und Rakeleinrichtung innerhalb eines Gehäuses befinden und das Gehäuse mit einem Zylindermantelabschnitt der Gravurwalze dichtend abschließt. Hierdurch kann das Lösungsmittel nicht mehr aus der Farbwanne entweichen, so dass Emissionen fast vollständig vermieden werden. Die Aufgaben bestehen in der Entwicklung neuer Konstruktionen für die Druckeinheit und Auswahl geeigneter Materialien im Bereich der Druckwalze, Entwicklung von Rakeleinheiten, Druckwannen-Abdichtung und Einsatz neuer Farbmischungen.
Eine Querrakeleinrichtung ist eine Tampondruckeinheit, bei der ein Rakelkopf ein sehr langes und schmales Klischee quer zur Druckrichtung abrakelt. Es war vorgesehen, hier eine neue geschlossene Farbversorgungs- und Rakeleinheit zu entwickeln, in der neue Abdichtungssysteme und/oder Topfgeometrien genutzt werden, um einem Ablüften der Lösungsmittel entgegenzuwirken. Hierzu wurden ebenfalls neue konstruktive und materialtechnische Lösungen gesucht.
Ovale Töpfe zeichnen sich dadurch aus, dass sie eine größere Klischeefläche mit einer Bewegung überstreichen können, so dass hierdurch ein großer Farbüberschuss vermieden wird. Probleme treten jedoch durch den unkontrollierten Austritt von Farbe und dem nicht einwandfreien Abrakeln an den langen Wandseiten auf. Zur Lösung war vorgesehen, neue Materialien und Wandstärken zu untersuchen.
Es mussten konstruktive und materialtechnische Lösungen entwickelt sowie Muster und Prototypen erstellt werden. Anschließend dienten umfangreiche Versuchsreihen einer Optimierung von Konstruktion, Material, Farbe und Verfahrensparametern.
Das Ergebnis sollte im Nachweis einer erheblichen Lösemittelreduzierung im Tampondruck bei hohen Stückzahlen bzw. großflächigen Klischees bestehen.
Recherchen, angemeldete bzw. bereits erteilte Patente und die Erfahrungen von Tampoprint als weltweiter Marktführer im Tampondruck belegten die Neuheit der angestrebten Lösungsansätze.
Die verschiedenen Lösungsansätze sollten zeitlich parallel untersucht werden.


Ergebnisse und Diskussion

Innerhalb des Projektes wurde für Anwendungen des Massendrucks, wie z.B. Verschlusskappen von Trinkflaschen, eine geschlossene Rotationsdruckeinheit mit entsprechender Peripherie und Anlagentechnik entwickelt. Es entstand ein Prototyp einer neuen Druckanlage mit geschlossenen Rotationsdruckeinheiten, der bis zur Praxisreife unter Anwendungsbedingungen getestet und optimiert wurde. Ein neutrales Prüfinstitut bestätigte Emissionsreduzierungen durch Lösemittelverdunstungen aus dem Druckwerk um 54%. Weitere Umweltvorteile entstehen dadurch, dass sich die notwendigen Nachdosierungen von Lösemitteln aufgrund reduzierter Verdunstung minimieren.
Für Anwendungen im Bereich großer, länglicher bzw. schmaler Klischees (z.B. zum Bedrucken kompletter Computertastaturen) wurden zwei verschiedene Lösungsansätze in der Entwicklung verfolgt: Geschlossene Querrakelvorrichtungen und Tampondruckvorrichtungen mit ovalem Drucktopf, für die diverse konstruktive Ausführungen entwickelt, Versuchsmuster aufgebaut und getestet wurden. Ein Erfolg für die relevanten Anwendungen wurde schließlich durch geschlossene Querrakelvorrichtungen erzielt. Insgesamt wurden drei verschiedene Baugrößen und vier Ausführungen der Druckmaschine mit Querrakelvorrichtung entwickelt, die im Rahmen diverser Versuche und im Praxiseinsatz bis zu einer Klischeegröße von 150 x 930 mm ihre Eignung nachweisen konnten. Untersuchungen eines neutralen Prüfinstituts bestätigen eine erreichte Emissionsminderung um 90%.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

In die Entwicklungsarbeit wurden diverse Anwender einbezogen, mit denen auch Versuche unter Praxisbedingungen durchgeführt wurden. Erste Maschinen konnten für Teillösungen bereits innerhalb der Projektlaufzeit zum Einsatz gebracht werden. Eine breite Präsentation der entwickelten Anlagen erfolgte anlässlich internationaler Fachmessen:
è Die geschlossenen Querrakeleinheiten wurden auf der internationalen Kunststoff-Fachmesse K im Oktober 2001 in Düsseldorf sowie auf kleineren regionalen Messen präsentiert.
è Geschlossene Rotationsdruckmaschinen wurden anlässlich der internationalen Fachmesse DrincTec im September 2001 in München präsentiert.
Außerdem begann die internationale Verbreitung durch den Antragsteller, wozu u.a. Prospekt- und Werbematerialien erstellt wurden und die Direktansprache von Kunden und Interessenten erfolgte.


Fazit

Es gelang zusammenfassend, die bei Antragstellung geplanten Ziele vollständig zu erreichen und für die ursprünglich noch umweltbelastenden Anwendungen des Tampondruckes geschlossene Druckwerke bzw. Druckvorrichtungen zu entwickeln. Es ist somit nun im Tampondruck nahezu in allen Anwendungen nicht mehr notwendig, offene Druckwerke, die zu erheblichen Lösemittelemissionen führen, zu verwenden.