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Untersuchungen zum Blechdruck für Metallverpackungen

Behnke, Stephan (2019):
Untersuchungen zum Blechdruck für Metallverpackungen.
Darmstadt, Technische Universität, [Online-Edition: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/9249],
[Ph.D. Thesis]

Abstract

Im stetig wachsenden Markt für Verpackungen besteht zwischen den nach Werkstoffen klassifizierten Marktsegmenten eine indirekte Wettbewerbssituation, in welcher ein Streben nach Expansion zu Verpackungsformen anderer Werkstoffgruppen zu beobachten ist. Der Bedruckstoff Metall ist ein Werkstoff, welcher gegenüber Kunststoff, Glas und Kartonagen über eine ganze Reihe Besonderheiten in seinen Eigenschaften verfügt, mit denen Potenziale zur Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit erzielt werden können. Um diesem Ziel Rechnung zu tragen, widmet sich diese Arbeit der wissenschaftlichen Aufbereitung von Metallverpackungen respektive des Blechdrucks. Neben der Klassifikation der enormen Produktvielfalt, den spezifischen Anforderungen an Metallverpackungen und den eingesetzten Produktionslinien und Linienkonfigurationen finden auch die eingesetzten Materialien Weißblech, Lacke und Farbe sowie verfahrensspezifische Besonderheiten Berücksichtigung. Der experimentelle Fokus dieser Arbeit liegt auf der Untersuchung Weißblech direkt mit UV-Farben bedrucken zu können, da dies das Potenzial einer Verdichtung drucktechnischer Prozesse bietet. Neben einer begleitenden Farbentwicklung und der Analyse eingesetzter Weißbleche sowie der Einbeziehung teilweise normierter Prüfmethoden zur Umformbarkeit spielt auch die Untersuchung von Oberflächeneigenschaften und deren mögliche Modifikation eine gewichtige Rolle. Aufgrund der Schwierigkeiten eine ausreichende Haftung UV-basierender Farbsysteme auf Weißblechen zu erzielen, wird erstmals die Wirkung einer Vorbehandlung von Weißblech mittels UV-Strahlen verschiedener Wellenspektren eingehend experimentell untersucht. Mithilfe der Messung der Kontaktwinkel und der Ermittlung von Oberflächenenergien werden die durch die UV-Strahleneinwirkung ausgelösten Benetzungsmodifikationen der Weißbleche zuerst charakterisiert und, in einem weiteren Schritt durch den Einsatz des Gitterschnitttests, die Haftungseigenschaften des UV-Farbauftrags evaluiert. Von den untersuchten UV-Vorbehandlungen ist der Einsatz eines hochenergetischen Xe-Excimer-Strahlers mit einem Wellenlängenpeak bei 172 nm das wirkungsvollste UV-basierte Vorbehandlungsverfahren zur Modifikation der Oberflächeneigenschaften. Zudem zeigen die Ergebnisse, dass das derzeit in Entwicklung befindliche chromfreie Weißblech in seiner Benetzung derart günstige Eigenschaften aufweist, dass auf eine Vorbehandlung gänzlich verzichtet werden könnte. Die Ergebnisse münden abschließend in einer abgeleiteten konzeptionellen Folgerung im Hinblick auf eine neuartige Linienkonfiguration zum Lackieren und Bedrucken von Weißblechen.

Item Type: Ph.D. Thesis
Erschienen: 2019
Creators: Behnke, Stephan
Title: Untersuchungen zum Blechdruck für Metallverpackungen
Language: German
Abstract:

Im stetig wachsenden Markt für Verpackungen besteht zwischen den nach Werkstoffen klassifizierten Marktsegmenten eine indirekte Wettbewerbssituation, in welcher ein Streben nach Expansion zu Verpackungsformen anderer Werkstoffgruppen zu beobachten ist. Der Bedruckstoff Metall ist ein Werkstoff, welcher gegenüber Kunststoff, Glas und Kartonagen über eine ganze Reihe Besonderheiten in seinen Eigenschaften verfügt, mit denen Potenziale zur Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit erzielt werden können. Um diesem Ziel Rechnung zu tragen, widmet sich diese Arbeit der wissenschaftlichen Aufbereitung von Metallverpackungen respektive des Blechdrucks. Neben der Klassifikation der enormen Produktvielfalt, den spezifischen Anforderungen an Metallverpackungen und den eingesetzten Produktionslinien und Linienkonfigurationen finden auch die eingesetzten Materialien Weißblech, Lacke und Farbe sowie verfahrensspezifische Besonderheiten Berücksichtigung. Der experimentelle Fokus dieser Arbeit liegt auf der Untersuchung Weißblech direkt mit UV-Farben bedrucken zu können, da dies das Potenzial einer Verdichtung drucktechnischer Prozesse bietet. Neben einer begleitenden Farbentwicklung und der Analyse eingesetzter Weißbleche sowie der Einbeziehung teilweise normierter Prüfmethoden zur Umformbarkeit spielt auch die Untersuchung von Oberflächeneigenschaften und deren mögliche Modifikation eine gewichtige Rolle. Aufgrund der Schwierigkeiten eine ausreichende Haftung UV-basierender Farbsysteme auf Weißblechen zu erzielen, wird erstmals die Wirkung einer Vorbehandlung von Weißblech mittels UV-Strahlen verschiedener Wellenspektren eingehend experimentell untersucht. Mithilfe der Messung der Kontaktwinkel und der Ermittlung von Oberflächenenergien werden die durch die UV-Strahleneinwirkung ausgelösten Benetzungsmodifikationen der Weißbleche zuerst charakterisiert und, in einem weiteren Schritt durch den Einsatz des Gitterschnitttests, die Haftungseigenschaften des UV-Farbauftrags evaluiert. Von den untersuchten UV-Vorbehandlungen ist der Einsatz eines hochenergetischen Xe-Excimer-Strahlers mit einem Wellenlängenpeak bei 172 nm das wirkungsvollste UV-basierte Vorbehandlungsverfahren zur Modifikation der Oberflächeneigenschaften. Zudem zeigen die Ergebnisse, dass das derzeit in Entwicklung befindliche chromfreie Weißblech in seiner Benetzung derart günstige Eigenschaften aufweist, dass auf eine Vorbehandlung gänzlich verzichtet werden könnte. Die Ergebnisse münden abschließend in einer abgeleiteten konzeptionellen Folgerung im Hinblick auf eine neuartige Linienkonfiguration zum Lackieren und Bedrucken von Weißblechen.

Place of Publication: Darmstadt
Divisions: 16 Department of Mechanical Engineering
16 Department of Mechanical Engineering > Institute of Printing Science and Technology (IDD)
Date Deposited: 17 Nov 2019 20:55
Official URL: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/9249
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-92490
Referees: Dörsam, Prof. Dr. Edgar and Groche, Prof. Dr. Peter
Refereed / Verteidigung / mdl. Prüfung: 16 October 2019
Alternative Abstract:
Alternative abstract Language
In the constantly growing market for packaging, there is indirect competition between the market segments classified according to materials, in which there is a tendency towards expansion into packaging forms of other material groups. Metal as a printing substrate is a material that has a number of special properties compared to plastic, glass and cardboard that can be used to increase competitiveness. In order to achieve this goal, this work is dedicated to the scientific processing of metal packaging and metal decorating respectively. In addition to the classification of the enormous variety of products, the specific requirements for metal packaging and the printing press and line configurations used, the materials used - tinplate, coatings and inks - as well as process-specific features are also taken into account. The experimental focus of this work is on the investigation of being able to print tinplate directly with UV inks, as this offers the potential for streamlining printing processes. In addition to accompanying color development and the analysis of the tinplate used, as well as the inclusion of partially standardized test methods for formability, the investigation of surface properties and their possible modification also play an important role. Due to the difficulties in achieving sufficient adhesion of UV-based ink systems to tinplate, the effect of pretreating tinplate with UV rays from different wave spectra is being investigated in detail experimentally for the first time. By measuring the contact angles and determining surface energies, the wetting modifications of the tinplate caused by UV radiation are first characterized and, in a further step, the adhesion properties of the UV ink application are evaluated by using the cross-cut test. Of the UV pretreatments examined, the use of a high-energy Xe excimer emitter with a wavelength peak at 172 nm is the most effective UV-based pretreatment process for modifying the surface properties. Moreover, the results show that the chromium-free tinplate currently under development has such favorable wetting properties that pre-treatment could be dispensed. The results finally lead to a derived conceptual conclusion with regard to a new line configuration for coating and printing tinplate.English
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