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Material- und Prozesskenngrößen von Folienkaschierungen zur Prognose der thermischen und mechanischen Beständigkeit
Kurzbezeichnung: Prozesskenngrößen von Folienkaschierungen
Fogra-Nr. 71.014
Projektleiter: A. Müller
Förderung: BMWK (IGF) über AiF
Laufzeit: 01.02.2021 - 31.01.2023
Aufgabenstellung und Relevanz
Durch den Trend zu kastenfrischen Offset-Druckfarben, einkomponentigen Kaschierklebstoffen und kurzen Produktionszeiten ergeben sich immer wieder Qualitätsprobleme bei der Folienkaschierung – besonders, wenn auf die Folienkaschierung mechanische oder thermische Prozessbelastungen einwirken. Ein besonders problematischer Effekt sind zeitversetzte Delaminationen.
Aus der Vielfalt möglicher Substrat-, Farb-, Klebstoff- und Folienkombinationen resultiert die Forderung nach einem besseren Verständnis der Einflussgrößen sowie nach einer Labormethode für die Herstellung von Folienkaschierungen und der Entwicklung von Belastungstests an Folienkaschierungen.
Florian Hirschhalmer
Sicherheitsanwendungen mit Druckweiterverarbeitung
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Lösungsweg
Die Laborkaschieranlage soll auf Basis eines Laborflexodruckgerätes F1 von IGT entwickelt werden, um ein- und zweikomponentige Nasskaschierungen mit und ohne Vortrocknung herstellen zu können. Es werden abgestufte thermische/mechanische Belastungstests entwickelt, die an realen Prozessen (Rillen, Falzeinbrennen, Siegeln) angelehnt sind. In Druckversuchen werden Druckbogen (Substrat-, Farb- und Primervariation) hergestellt, anschließend mit der Labormethode folienkaschiert (Klebstoff- und Folienvariation) und den Belastungstests zugeführt. Dabei werden die zeitlichen Abläufe zwischen Druck und Kaschierung sowie zwischen Kaschierung und Belastungstests variiert. Weitere Untersuchungen betreffen bestehende Prüfmöglichkeiten am unkaschierten Druckbogen (z. B. Testtinten, Klebebandtest, Wischtest) und am kaschierten Druckbogen (z. B. Schälkraftmessung). Der Einfluss der Härterdosierung sowie deren Detektion mittels ATR-IR-Spektroskopie wird untersucht.
Erzielte Ergebnisse
Als Labormethode für die Thermokaschierung wurde ein Kontakt-Heißsiegelgerät erfolgreich eingesetzt. An den hergestellten Kaschierproben können ohne zusätzlichen Präparationsaufwand Schälkraftmessungen durchgeführt werden.
Als Labormethode für die Dispersionskaschierung sollte das Flexo- und Tiefdruck-Probedruckgerät F1 von IGT modifiziert werden. Trotz verschiedener Modifikationen konnte kein geeignetes Verfahren entwickelt werden, das eine sinnvolle Verwendung des Gerätes als Probekaschieranlage erlaubte.
Im Rahmen industrieller Folienkaschierversuche ist eine Einflussgrößenanalyse erfolgt. Die untersuchten Parameter betrafen die Druckfarbe, die Flächendeckung im Druck, die Wartezeit zwischen Druck und Folienkaschierung, die Art der Folienkaschierung und die Wartezeit zwischen Folienkaschierung und Belastungstests. Als Belastungstests wurde zum einen die Folienhaftung und Spaltebene in Schälkraftmessungen bestimmt; Zum anderen wurde die Delaminationsneigung einer Folienkaschierung mit thermisch/mechanischen Belastungstests bewertet.
Die Versuche zeigten, dass bei der Thermokaschierung höhere Schälkräfte als bei der 1K- und 2K-Dispersionskaschierung resultieren. Bei allen Kaschiervarianten kam es über einen langen Zeitraum (ca. fünf Monate) zu einem fortlaufenden Anstieg der Schälkraft. Der Anstieg war umso steiler, je höher die Flächendeckung der Druckfarbe war. Bei der 1K- und 2K-Dispersionskaschierung war die Schälkraft bei hoher Flächendeckung auch im finalen Zustand gegenüber geringer Flächendeckung reduziert, während bei der Thermokaschierung mit hoher Flächendeckung ähnliche oder höhere Schälkräfte als mit geringer Flächendeckung erreicht wurden. Bei den thermisch/mechanischen Belastungstests kam es bei den 1K- und 2K-Dispersionskaschierungen unabhängig des Belastungszeitpunktes zu keinen Delaminationen, wohingegen bei den Thermokaschierungen relativ durchgängig Delaminationen auftraten, die jedoch mit steigender Flächendeckung der Druckfarbe tendenziell abnehmen. Das Auftreten der Delaminationen war von der Geometrie der mechanischen Verformung abhängig. Andere Einflussgrößen (z.B. Druckfarbe, Wartezeiten) wirkten sich eher geringfügig aus.