Wasserlösliche Druckfarben für den industriellen Digitaldruck

Leistungsfähige Druckfarben für den industriellen Digitaldruck sind das Ziel in einem gemeinsamen Forschungsprojekt der Printing Inks Technology GmbH (PIT GmbH) und des Fraunhofer-Instituts für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS in Halle (Saale). Neben passgenauen Farbsystemen, mit denen sich beispielsweise Papier, Textilien oder Kunststoffe bedrucken lassen, soll dabei auch ein universelles Bewertungssystem etabliert werden, das die Entwicklung neuer Inkjet-Druckfarben beschleunigt.

Digitaldruck Inkjet
© PIT GmbH / Fraunhofer IMWS
a) Druckversuche mit den Primärfarben Schwarz, Cyan, Magenta und Gelb in einem Farbsatz der PIT GmbH auf PVC unter Verwendung eines speziell entwickelten Haftvermittlers. b) Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme des erzeugten Pixelfeldes für die Farbe Schwarz.

Ob Verpackungen, Bücher oder Etiketten: Wenn etwas bedruckt wird, erfolgt das längst nicht mehr wie zu Gutenbergs Zeiten. Vielmehr wird auch die Druckindustrie mehr und mehr digital. Gängige Verfahren wie beispielsweise der Offsetdruck werden durch neue Ansätze abgelöst, die zum Aufbringen des Druckbilds auf den Bedruckstoff keine feste Druckform mehr benötigen. Diese digitalen Lösungen sind besonders für die zunehmend gefragten kleinen Stückzahlen geeignet, etwa individualisierte und personalisierte Drucke. Zudem ermöglichen sie großflächige Drucke mit Bahnbreiten bis 2 Meter bei hohen Druckgeschwindigkeiten von bis zu 50 Meter pro Minute mit einer Auflösung von 1200 dpi. 

Diese Leistungsfähigkeit des Digitaldrucks bringt neue Herausforderungen für die Druckfarbenindustrie mit sich. Die Druckfarben müssen für die neuen Verfahren optimal ausgelegt sein und die gewünschte Farbbrillanz, Abriebfestigkeit, UV-Beständigkeit oder auch Umweltverträglichkeit bieten. Nicht zuletzt wollen die Hersteller von Druckern und Druckköpfen die Garantie, dass neue Druckfarben für den industriellen Digitaldruck auch zu ihren Geräten passen und die nötige Qualität liefern. 

Im gemeinsamen Forschungsprojekt, das bis April 2022 läuft, wollen die PIT GmbH und das Fraunhofer IMWS dafür passgenaue Lösungen entwickeln. »Insbesondere stehen dabei die Zusammenhänge zwischen Rezeptur und Zusammensetzung der Druckfarben, der Physik der Tröpfchenbildung unter Einsatz von High-End-Druckköpfen der neusten Generation und dem entstehenden Druckbild im Mittelpunkt«, sagt Dr. Sven Henning, der das Projekt am Fraunhofer IMWS leitet.  

Die PIT GmbH entwickelt wasserbasierende Druckfarben für den industriellen Digitaldruck derzeit vor allem für Dekor-, Tapeten- und Verpackungsdruck und betreibt auch ein eigenes Entwicklungslabor. Mit seinen Kompetenzen in der Erforschung der Fließeigenschaften von Polymerschmelzen, Lösungen sowie mikro- und nanopartikelgefüllten Systemen kann das Fraunhofer IMWS das Unternehmen ideal unterstützen. »Wir wollen im Projekt ein tieferes Verständnis von Strukturbildungsprozessen bei der Erstarrung von komplexen Flüssigkeiten erlangen, wie sie auch für die Druckfarben gelten. Auf dieser Grundlage können die Vorteile innovativer Inkjet-Druckfarben im Hinblick auf die Verarbeitbarkeit, Funktionalisierung und Zuverlässigkeit im Druckprozess, das erreichte Druckbild und die Langzeitstabilität klarer bewertet werden«, sagt Henning. Er geht davon aus, dass sich im Projekt gewonnenen Erkenntnisse zu Strukturbildungsprozessen, wie sie während des Auftrags- und Trocknungsprozesses der Inkjet-Druckfarben ablaufen, auch auf polymerbasierten 3D-Druck oder digital gedruckte Materialsysteme bei der Entwicklung neuartiger biomedizinischer Materialien übertragen lassen, an denen das Institut ebenfalls arbeitet. 

Für die Projektpartner stehen dabei Struktur-Eigenschafts-Beziehungen zwischen Druckfarbenzusammensetzung einerseits und druckrelevanten physikalische Eigenschaften (Viskosität, Dichte, Oberflächenspannung) andererseits im Fokus. Ein im Verlauf des Projektes von den Partnern entwickeltes, universelles bildgebendes Test- und Bewertungssystem ermöglicht eine gezielte und schnelle Optimierung der Tropfenbildungseigenschaften der Druckfarben im jeweiligen Druckkopf. Der Nutzen besteht in einer Verkürzung der Entwicklungszeiten neuer, den Wünschen der Kunden entsprechender Druckfarbensysteme durch schnellen Ausschluss von Abbildungsfehlern bei Erhalt der neuen Eigenschaften noch im Entwicklungslabor. Ein weiterer Aspekt der Zusammenarbeit ist die Verbesserung der Qualität und der Gebrauchseigenschaften wie zum Beispiel Haftung auf dem Bedruckstoff sowie Abrieb- und Scheuerfestigkeit der gedruckten Farben. Dies wird unter praxisnahen Bedingungen durch eine Untersuchung der Wechselwirkung zwischen den zu bedruckenden Oberflächen (etwa Papieren, Textilien oder Polymeren) und den speziell dafür entwickelten Farbsystemen realisiert.