DE19850836A1 - Trocknungsverfahren - Google Patents

Abstract

Bei einem Verfahren zum Trocknen der in einem Druckwerk einer Rotationstiefdruckmaschine auf eine Papierbahn aufgedruckten, mit Hilfe eines Lösemittels verflüssigten Farbe durchläuft die Papierbahn hinter dem Druckwerk einen Trockner mit einem im wesentlichen geschlossenen Gehäuse, das von einem Gas durchströmt wird, das zur Aufnahme und Abführung des Lösemittels dient. Um trotz gesteigerter Geschwindigkeit der Papierbahn eine Verringerung der Lösemittel-Restkonzentration im fertigen Druckprodukt zu erzielen, ist vorgesehen, daß als Trocknungsgas ein inertes Gas Verwendung findet, dessen Durchsatz durch den Trockner so gewählt wird, daß im Trockner eine im Vergleich zur Trocknung mit Luft sehr hohe Lösemittelkonzentration entsteht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trocknen der in einem Druckwerk einer Rotationstiefdruckmaschine auf eine Papierbahn aufgedruckten, mit Hilfe eines Lö­ semittels verflüssigten Farbe gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Bei herkömmlichen Verfahren dieser Art, bei denen die Papierbahn im allgemeinen im Vier-Farben-Schön- und -Widerdruck acht Druckwerke durchläuft, denen jeweils ein Trockner nachgeordnet ist, wird mit Hilfe von Warmluft, die den Trockner durch­ strömt und als Energieträger dient, das Lösemittel, im allgemeinen Toluol, zumin­ dest soweit verdampft, daß die Papierbahn auf der frisch bedruckten Seite über Leit- oder Umlenkrollen geführt werden kann, ohne daß auf diese Farbe übertragen wird, bzw. daß die Papierbahn in einem nachfolgenden Druckwerk mit einer anderen Farbe bedruckt werden kann, ohne daß es zu einem Verwischen der zuerst aufge­ brachten Farbe kommt.

Dabei darf aus sicherheitstechnischen Gründen eine maximale Lösemittelkonzen­ tration von 50% der sogenannten "Unteren Explosionsgrenze" (UEG) nicht über­ schritten werden, wobei der Wert dieser UEG von der Temperatur im Trockner ab­ hängig ist. Für Luft, die einen Sauerstoffgehalt von ca. 21% besitzt, entsprechen 50% UEG bei 20°C etwa 21 g/m³ und bei 80°C nur noch etwa 16 g/m³.

Weitere wesentliche Parameter bei den in Rede stehenden Trocknungsverfahren sind die Geschwindigkeit, mit der sich die Papierbahn durch die Druckwerke und die Trockner hindurchbewegt, sowie die Länge, welche die einzelnen Trockner aufwei­ sen müssen, damit eine ausreichende Trocknung erzielt werden kann.

Zu einer ausreichenden Trocknung gehört dabei nicht nur die Erfüllung der beiden oben erwähnten Bedingungen, sondern auch ein hinreichend niederer Lösemittel- Restgehalt im fertigen Druckprodukt da die in diesem noch enthaltene Lösemittel- Restmenge sowohl aus gesundheitlichen Gründen, als auch wegen der Einhaltung von Umweltschutzbedingungen als auch deswegen bestimmte Grenzen nicht über­ steigen darf, weil es ansonsten beim Aufeinanderlegen gefalteter Druckprodukte oder beim Aufwickeln einer noch nicht geschnittenen, bedruckten Papierbahn auf eine Zwischenspeicherrolle zu einem Verkleben der verschiedenen Bogen bzw. Lagen kommen könnte, wodurch die gesamte Produktion unbrauchbar würde.

Moderne Produktionsverfahren lassen immer höhere Papierbahngeschwindigkeiten und größere Papierbahnbreiten wünschenswert erscheinen, doch können die Länge der Trockner und die Menge der durch sie pro Zeiteinheit hindurchgeführten Warm­ luft nicht beliebig gesteigert werden. Es wird daher äußerst schwierig, unter diesen Bedingungen eine im obigen Sinne "ausreichende" Trocknung sicherzustellen.

Somit liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Trocknungsverfahren der ein­ gangs genannten Art zu schaffen, das auch bei sehr hohen Papierbahngeschwin­ digkeiten und großen Bahnbreiten eine ausreichende Trocknung gewährleistet, ohne daß hierfür extremen lange Trockner benötigt und mit extrem hohen Luftmen­ gen durchsetzt werden müssen.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung die im Anspruch 1 zusammenge­ faßten Merkmale vor.

Diesen Maßnahmen liegt die Erkenntnis zugrunde, daß es wegen der vergleichs­ weise niedrigen maximal zulässigen Lösemittelkonzentration in der zum Trocknen verwendeten Warmluft das Lösemittel vor allem an der Farboberfläche verdampft wird und es sehr schnell zu einer Verarmung dieser Oberfläche an Lösemittel kommt, weil aus den unteren Schichten nicht genügend schnell ebenso viel Löse­ mittel nachtransportiert werden kann, wie oben verdampft. Dieser Effekt führt zur Ausbildung einer Gelschicht oder "Haut", die zwar dafür sorgt, daß die bedruckte Papierbahnseite nach kurzer Zeit über Rollen geführt bzw. mit einer weiteren Farbe bedruckt werden kann, weshalb bisher auch versucht wurde, diese Bildung einer Gelschicht möglichst zu fördern. Andererseits ist hierin aber auch der Grund für eine vergleichsweise hohe Restmenge an Lösemittel im fertigen Druckprodukt zu su­ chen, weil diese Gelschicht Lösemittel in den tieferen Farbschichten festhält, wel­ ches später austreten bzw. die Farbhaut wieder auflösen kann uns belastend wirkt.

Demgegenüber wird beim erfindungsgemäßen Verfahren durch die durch die Ver­ wendung eines Inertgases mit minimalem Sauerstoffanteil mögliche, wesentlich hö­ here Lösemittelkonzentration die Ausbildung einer Gelschicht so unterbunden, daß eine Trocknung beginnend mit den tiefstliegenden Farbschichten von unten nach oben erfolgen kann. Die Farboberfläche kann für längere Zeit feucht gehalten wer­ den, sodaß das Gleichgewicht zwischen dem Lösemittelnachtransport aus den unte­ ren Farbschichten und der Verdampfungsrate aufrecht erhalten bleibt. Dennoch ist es möglich, eine so rasche Trocknung auch der Farboberfläche zu erzielen, daß die frisch bedruckte Papierbahnseite selbst bei sehr hohen Bahngeschwindigkeiten über Umlenk- bzw. Führungsrollen geführt werden kann, ohne daß es zu einem Übertrag von Farbe auf diese Rollen kommt. Die Trocknerstrecken zwischen den einzelnen Druckwerken sind dabei so kurz, daß die Gesamtabmessungen einer acht Druckwerke umfassenden Rotationstiefdruckmaschine in einem akzeptablen Rahmen bleiben.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, daß wegen der wesentlich höheren, zulässigen Lösemittelkonzentration geringere Gas­ mengen durch die Trockner geführt werden müssen, wodurch auch die Größe der erforderlichen Gebläse und Reinigungsanlagen verringert wird, die erforderlich sind, um das mit Hilfe des Inertgases aus dem jeweilige Trockner abtransportierte Löse­ mittel abzuscheiden. Auch findet in der feuchten Lösemittel-Inertgas-Atmosphäre eine geringere Schrumpfung der Papierbahn statt, die bei herkömmlichen Trocknungsverfahren erhebliche Schwierigkeiten bereitet und aufwendige Kompen­ sationsmaßnahmen erfordert.

Um die zur Verdampfung des Lösemittels erforderliche Energie möglichst schnell in die Farbschichten zu übertragen, ist der Trockner vorzugsweise mit Infrarot-Strah­ lern ausgerüstet. Dadurch kann auf ein Umluftgebläse mit Dampfheizung verzichtet werden. Es ist lediglich ein Gebläse mit verminderter Leistung nötig, das für den Ausgleich der Lösemittelkonzentration zwischen Farboberfläche und Trocknungsgas sorgt (lediglich konvektiver Abtransport statt wie bisher Konvektion zum Einbringen von Energie und zum Abtransport). Deshalb kann dieses Trockenverfahren auch bei erhöhtem Lösemittelanfall (erhöhter Papierbahngeschwindigkeit) zum Einsatz kommen.

Für das System Toluol/Stickstoff liegt die Sättigung bei 20°C bei etwa 107 g/kg (To­ luol/Stickstoff) und steigt bei 50°C auf 482 g/kg und bei 80°C sogar auf 2156 g/kg an. Eine günstige Trocknertemperatur liegt im Bereich von 40° bis 70°C. Der Lö­ semittelgehalt zur Erzielung einer "Tiefentrocknung" liegt vorzugsweise in einem Be­ reich von 40 g/kg bis 500 g/kg (Toluol/Stickstoff).

Besonders bevorzugt ist es, in Bewegungsrichtung der Papierbahn über die Länge des Trockners hinweg im Inertgas einen Lösemittelgradienten derart zu erzeugen und aufrecht zu erhalten, daß die Konzentration des Lösemittels im Bereich der Eintrittsseite höher ist als in dem Bereich, in welchem die Papierbahn den Trockner verläßt oder zum ersten Mal umgelenkt wird, weil dadurch einerseits die von unten nach oben erfolgende Trocknung der Farbe verbessert, andererseits aber auch ein gutes Durchtrocknen der obersten Farbschichten sichergestellt wird.

Vorzugsweise wird durch eine Verwirbelung der Gasatmosphäre im Trockner die Gas-Grenzschicht, die sich ansonsten an der Oberfläche der sich schnell bewe­ genden Papierbahn ausbilden und mit der Papierbahn mitbewegen würde, abge­ schält.

Das im Trockner mit Lösemittel beladene Inertgas wird abgeführt und vorzugsweise dadurch in seinem Lösemittelgehalt abgereichert, daß es abgekühlt und das Löse­ mittel durch Kondensieren abgeschieden wird. Dabei kann die Abkühlung auf eine erste, niedere Temperatur, beispielsweise 4°C erfolgen und das derart abgerei­ cherte Inertgas nach einer entsprechenden Erwärmung wieder einem der Trockner zugeführt werden.

Vorzugsweise werden die Menge des aus dem Trockner zur Abreicherung ab- und danach wieder zurückgeführten Inertgases und/oder der Grad der Abreicherung so gesteuert, daß die Lösemittelkonzentration im Trockner bzw. der oben erwähnte Konzentrationsgradient in etwa konstant bleibt.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform erfolgt auch das dem Trocknen vorausgehende Bedrucken der Papierbahn in einer Inertgas-Atmosphäre, wobei es besonders günstig ist, wenn sich die Inertgas-Bereiche, in denen die Pa­ pierbahn zuerst bedruckt und danach getrocknet wird, unmittelbarer aneinander an­ schließen. Erfolgt nach dem Trocknen ein weiteres Bedrucken der Papierbahn mit einer anderen Farbe, so schließt sich vorzugsweise auch dieser unter Inertgas ste­ hende Druckbereich unmittelbar an den Inertgasbereich des vorausgehenden Trockners an.

Den Druckbereichen wird in diesem Fall zumindest teilweise frisches Inertgas bzw. durch Abkühlen auf eine zweite, wesentlich tiefere Temperatur von beispielsweise -85°C gereinigtes und wieder erwärmtes Inertgas zugeführt.

Überall dort, wo die Papierbahn aus normaler Umgebungsluft in einen Inertgasbe­ reich eintritt bzw. einen solchen verläßt, kommt vorzugsweise eine Gasschleuse zum Einsatz, der ebenfalls frisches oder durch Tieftemperaturkondensation (siehe oben!) gereinigtes Inertgas so zugeführt wird, daß das Inertgas aus der Schleuse heraus in die Umgebung strömt aber keine Umgebungsluft in der Inertgasbereich hineingelangen kann.

Um die Anzahl dieser Gasschleusen möglichst gering zu halten, ist es zweckmäßig, die acht Druckwerke einer voll ausgebauten Rotationstiefdruckmaschine in zwei Türmen, d. h. einem Schöndruckturm und einem Widerdruckturm jeweils zu viert übereinander anzuordnen und die vier Druck- und die vier Trockenbereiche eines jeden Turms inertgasmäßig miteinander zu verbinden, sodaß je Turm nur eine Ein­ tritts- und eine Austrittsgasschleuse benötigt werden. Es ist auch vorteilhaft, die bei­ den Türme inertgasmäßig miteinander zu verbinden, sodaß insgesamt nur zwei Schleusen erforderlich sind.

Muß der Druckprozeß unterbrochen werden, so erfolgt die Abreicherung des Abga­ ses durch Kondensation lediglich so weit, daß ein Konzentrationswert unterhalb von 50% der UEG erreicht wird und Umgebungsluft gefahrlos in den oder die Inertgas­ bereiche nachströmen kann. Die weitere Reinigung des Abgases kann dann in her­ kömmlicher Weise, z. B. mit Aktivkohlefiltern geschehen.

Zwischen den Inertgasbereichen der einzelnen Druckwerke und Trockner kommen vorzugsweise lösemittelfeste Dichteinrichtungen vorgesehen, die während des re­ gulären Druckbetriebes geöffnet sind, mit deren Hilfe aber bei Betriebsstörungen oder beim Wechseln der Form- oder Formzylinder die Druck- bzw. Farbwerke von den vorausgehenden und/oder nachfolgenden Trocknern getrennt werden können, sodaß es möglich wird, einzelne dieser Bereiche mit Umgebungsluft zu füllen, wäh­ rend die anderen unter Inertgas bleiben.

Claims (16)

1. Verfahren zum Trocknen der in einem Druckwerk einer Rotationstiefdruckma­ schine auf eine Papierbahn aufgedruckten, mit Hilfe eines Lösemittels verflüs­ sigten Farbe, bei dem die Papierbahn hinter dem Druckwerk einen Trockner mit einem im wesentlichen geschlossenen Gehäuse durchläuft, der von einem Gas durchströmt wird, das zur Aufnahme und Abführung des Lösemittels dient, dadurch gekennzeichnet, daß als Trocknungsgas ein inertes Gas Verwendung findet, dessen Durchsatz durch den Trockner so gewählt wird, daß im Trockner eine im Vergleich zur Trocknung mit Luft sehr hohe Lösemittelkonzentration entsteht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösemittelkon­ zentration in einem Bereich von 10% bis 50% der Sättigungsgrenze liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Heizung sowohl der Papierbahn als auch des Trocknungsgases erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizung mit Hilfe von IR-Strahlung erfolgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das inerte Gas Stickstoff ist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß durch Verwirbelung der Gasatmosphäre im Trockner die Gas-Grenz­ schicht, die sich ansonsten an der Oberfläche der sich sehr schnell bewegenden Papierbahn ausbilden und mit der Papierbahn mitbewegen würde, abgeschält wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß aus dem Trockner mit Lösemittel beladenes Inertgas abgeführt und in seinem Lösemittelgehalt abgereichert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abreicherung des Lösemittelgehalts des Inertgases durch Abkühlen erfolgt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abkühlung auf eine erste, niedere Temperatur durchgeführt wird, um den Lösemittelgehalt ab­ zusenken und daß derart abgereichertes Inertgas wieder erwärmt wird und da­ nach zum Trockner zurückgeführt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüchen 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des aus dem Trockner zur Abreicherung des Lösemittelgehaltes ab- und ihm danach wieder zurückgeführten Inertgases und/oder der Grad der Ab­ reicherung so gesteuert werden, daß die Lösemittelkonzentration im Trockner in etwa konstant bleibt.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß auch das Bedrucken der Papierbahn in einer Inertgas-Atmosphäre er­ folgt.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Inertgasbereich, in dem die Papierbahn bedruckt wird und der Inertgasbereich des Trockners unmittelbar aneinander anschließen.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10 und Anspruch 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß für einen Teil des aus dem Trockner abgeführten Inertgases eine Abkühlung auf eine zweite Temperatur durchgeführt wird, die wesentlich niedriger ist als die erste Temperatur, um eine nahezu vollständige Abscheidung des Lösemittels zu erzielen.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das durch Abküh­ lung auf die zweite Temperatur gereinigte und wieder erwärmte Inertgas dem Bereich zugeführt wird, in dem das Bedrucken der Papierbahn erfolgt.

15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß das durch Abkühlung auf die zweite Temperatur gereinigte und wieder erwärmte Inertgas einem Schleusenbereich zugeführt wird, der einen Inertgasbereich von der Außenluft trennt.

16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß bei einer Unterbrechung des Druckprozesses eine Reinigung des Inert­ gases durch Abkühlung lediglich bis auf einen Wert unterhalb von 50% der "Unteren Explosionsgrenze" durchgeführt wird, bei dem ein gefahrloses Nach­ strömen von Luft erfolgen kann, und daß die weitere Reinigung des Abgases dann auf andere Weise durchgeführt wird.