Projekt 21928/01

Entwicklung Umwelt entlastender Flexodruckfarben mit Farbübertragungs- und Kaschierprozessen für hochwertige Verpackungen

Projektträger

Polywest Kunststofftechnik Saueressig & Partner GmbH & Co. KG
Ridderstr. 42
48683 Ahaus
Telefon: 02561 / 9321-0

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Ziel des Projektes war die Entwicklung Umwelt entlastender Flexodruckfarben mit Farbübertragungs- und Kaschierprozessen für hochwertige Verpackungen. In der Druckfarbenindustrie werden in überwiegendem Maße Druckfarben mit organischen Lösemitteln hergestellt und nach verschiedenen Verfahren in den Druckereien eingesetzt. Bei einer Gesamtproduktion von über 420.000 Tonnen Druckfarben bei deutschen Druckfarbenherstellern im Jahre 2002 mit einem Wert von über 1,4 Milliarden Euro entfielen ca. 30.000 Tonnen auf den Flexodruck. Der Anteil der Farben mit organischen Lösemitteln war hierbei erheblich höher als der der wasserbasierten Farben. Die aus Umweltschutzgründen wünschenswerte Reduzierung oder der Ersatz organischer Lösemittel durch Wasser stößt bisher an technische Grenzen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenWegen der Unzulänglichkeiten beim gegebenen Stand der Technik sollten im vorliegenden Projekt schrittweise die Feststoffanteile in wasserbasierten Druckfarben erhöht werden, um die bisher üblichen Lösemittelanteile von ca. 65 % in den Farben nach Möglichkeit in etwa zu halbieren. Die wesentlichen Herausforderungen bei der Lösung der Aufgabenstellungen lagen in der Zielgruppe der hochwertigen Verpackungen für die Anwendungen der angestrebten neuen Produkte. Die Substratmaterialien waren Folien aus Polyethylen (PE), Polyamid (PA), Polypropylen (PP) und Polyester (PET). Diese Folien werden bei unterschiedlichen Verpackungstypen in unterschiedlichen Kombinationen, auch mit Aluminiumfolien und Papierbahnen, kaschiert. Während im Schöndruck die Druckfarben auf die Oberfläche der Folien aufgetragen werden, sind im sog. Konterdruck Farbgebungen im Kaschierungsbereich gegeben, wo dementsprechend Klebstoffe und Farben miteinander in Berührung kommen. Aus diesem Grunde ergab sich als eigenes Untersuchungsfeld der Projektarbeiten die Auswahl geeigneter Klebstoffe in Abstimmung mit den neu zu entwickelnden Farben. Da neben den Farben die Farbübertragungssysteme für die Qualität der Druckerzeugnisse maßgeblich sind, lag ein weiterer Schwerpunkt der FuE-Aktivitäten in die-sem Bereich. Die Farbübertragungssysteme sind als wichtige Komponenten der im Flexodruck zu Anwendung kommenden Maschinentechnik für die erreichbaren Qualitäten und für die Wirtschaftlichkeit von ausschlaggebender Bedeutung. Die Entwicklungen der Farbrezepturen wurden mit den analytischen Möglichkeiten des Institutspartners wissenschaftlich begleitet. Gleiches gilt für die Untersuchungen zur Kaschierung bedruckter Folien mit unterschiedlichen Klebstoffsystemen.


Ergebnisse und Diskussion

Erstmals konnten wasserbasierte Druckfarben entwickelt werden, die auf den unterschiedlichsten nicht saugenden Substraten haften. Dabei konnte komplett auf den Einsatz von Lösemitteln verzichtet werden, die heute noch in jeder konventionellen wasserbasierten Farbe für nicht saugende Bedruckstoffe zu finden sind.
Entgegen den Ergebnissen der ersten Versuche auf der Soloflex-Druckmaschine am IOM lässt sich die im Projekt entwickelte Druckfarbe auf aktuellen Druckmaschinen ohne Erweiterung der Trocknungskapazitäten mit praxisgerechten Druckgeschwindigkeiten verarbeiten. Bei ausschließlich für die Verarbeitung von lösemittelhaltigen Farben ausgelegten Druckmaschinen könnte jedoch unter Umständen eine Erhöhung der Trocknungskapazitäten notwendig werden. Dies bezieht sich insbesondere auf eine Erhöhung der Luftmenge. Eine Behandlung der Abluft entfällt jedoch komplett.
Farbreste und Waschwässer können mit üblichen Abwasserbehandlungsanlagen gereinigt werden. Eine Sonderbehandlung von Farbabfällen und Waschlösemitteln kann somit entfallen. Im Umgang mit den Druckfarben sind natürlich die bei der Verwendung von Chemikalien üblichen Vorsichtsmaßnahmen zu berücksichtigen. Die Farben sind jedoch kennzeichnungsfrei. Das durch Lösemittel verursachte Gefahren- und Gesundheitsschädigungspotenzial entfällt.
Der Feststoffgehalt der Farbe konnte im Vergleich zu lösemittelbasierten Druckfarben etwa verdoppelt werden. Zur Trocknung ist noch eine höhere Energiemenge als bei lösemittelbasierten Farben notwendig. Moderne Abluftanlagen besitzen jedoch hochwirksame Wärmerückgewinnungseinheiten, durch die dieser Nachteil zum Teil ausgeglichen werden kann. Eine weitere Steigerung des Feststoffgehaltes ist mit den aktuell zur Verfügung stehenden Rohstoffen nicht möglich. Erste Ansätze mit Bindemitteln mit optimierten Teilchengrößenverteilungen lassen allerdings erwarten, dass in Zukunft noch gewisse Steigerun-gen möglich sind. Außerdem könnten die Farben noch höher pigmentiert werden, so dass eine Reduzierung der im Druckprozess zu übertragenden Farbmengen möglich ist und auch dadurch weniger Trocknungsenergie benötigt wird.
Das Druckbild der Farben ist insbesondere im Rasterdruck gut und mit lösemittelbasierten Farben vergleichbar. Flächige Druckbilder weisen noch eine etwas schlechtere Farblage auf. Durch optimierte Auslegung der Druckformen können jedoch Raster- und Flächenbereiche auf unterschiedliche Farbwerke verteilt und entsprechende Rasterwalzen verwendet werden, so dass diesem Problem begegnet werden kann.
Die Entwicklung eines geeigneten Kaschierklebstoffes ist notwendig. Die existierenden Klebstoffe auf strahlenhärtender oder PUR-Basis müssen weiter auf die Besonderheiten des wasserbasierten Druckfarbesystems angepasst werden, um die Anforderungen im hochwertigen Verpackungsdruck zu erfüllen. Kaschierungen mit relativ schwachen Klebstoffen sind zufrieden stellend, so dass sich z.B. im Etikettendruck Verwertungsmöglichkeiten eröffnen.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Im April 2006 wurde vom Referat für Öffentlichkeitsarbeit der DBU ein Faltblatt zum Projekt für die ACHEMA erstellt.
Am 14.09.2006 erfolgte eine Projektpräsentation auf der Tagung Innovationen für die Druckereibranche im Zentrum für Umweltkommunikation der DBU in Osnabrück.


Fazit

Die schrittweise Erhöhung der Feststoffanteile in den neuen wasserbasierten Druckfarben auf ca. 65 %, das entspricht etwa einer Verdoppelung des bisherigen Niveaus, konnte nicht ganz erreicht werden. Nach Erhöhung auf 55 % musste wegen der noch nicht zufrieden stellenden Druckergebnisse wieder eine Absenkung auf 50 % vorgenommen werden, die bei gleichzeitiger Optimierung durch Modifikation der Additivierung zu den gewünschten Farbeigenschaften führte.
Für den Druck wasserbasierter Flexodruckfarben auf den wichtigsten im Verpackungsbereich eingesetzten Kunststofffolien konnte damit ein technologisches Alleinstellungsmerkmal erreicht werden. Die Kaschierung ist für relativ schwache Klebstoffhaftungen (z. B. im Etikettendruck) möglich, für den hochwertigen Verpackungsdruck ergibt sich eine Erfolg versprechende Entwicklungsperspektive auf der Basis der bei Projektabschluss erreichten Ergebnisse.

Übersicht

Fördersumme

335.000,00 €

Förderzeitraum

19.03.2004 - 31.12.2006

Bundesland

Nordrhein-Westfalen

Schlagwörter

Klimaschutz
Umweltforschung
Umwelttechnik