Die Druckindustrie befindet sich in einer Phase des technologischen Umbruchs. Klassische Quecksilberdampflampen verlieren zunehmend an Bedeutung. An ihre Stelle tritt die UV-LED-Technologie. Besonders bei komplexen, mehrschichtigen Anwendungen zeigt diese Technik ihre Stärken. In diesem technischen Überblick betrachten wir die physikalischen und chemischen Prozesse, die bei der Härtung von Farben und Lacken im Etiketten-, Flexo- und Offsetdruck eine Rolle spielen.
Die Physik der UV-LED-Härtung
UV-LED-Systeme emittieren Licht in einem sehr schmalen Wellenlängenbereich. Typischerweise liegen diese bei 365, 385, 395 oder 405 Nanometern. Im Gegensatz zu Breitbandstrahlern erzeugen LEDs keine Infrarotstrahlung. Dies reduziert die thermische Belastung der Substrate massiv.
Für den Schmalbahndruck ist dies ein entscheidender Vorteil. Wärmeempfindliche Folien wie PE oder dünne Shrink-Sleeves verformen sich unter LED-Einfluss nicht. Die Energieeffizienz ist dabei deutlich höher. Ein Großteil der elektrischen Energie wird direkt in für die Polymerisation nutzbare Photonen umgewandelt.
Herausforderungen bei Mehrschichtsystemen
Beim Auftrag mehrerer Farbschichten und abschließender Lackierung entstehen komplexe Anforderungen an die Strahlungsdurchdringung. Jede Pigmentschicht absorbiert einen Teil der UV-Strahlung. Besonders Deckweiß oder hochpigmentierte Schwarztöne stellen Barrieren dar.
Die Wellenlänge von 395 nm hat sich hier als Standard etabliert. Diese längere Wellenlänge dringt tiefer in dicke Farbschichten ein als kurzwelliges UVC-Licht. Dies garantiert die sogenannte Durchhärtung. Ohne vollständige Durchhärtung drohen Haftungsprobleme zwischen den Schichten. Man spricht hier von mangelnder Intercoat-Adhesion.
Sauerstoffinhibierung und Oberflächenhärtung
Ein bekanntes Problem der UV-Härtung ist die Sauerstoffinhibierung. Sauerstoffmoleküle an der Oberfläche reagieren mit den Radikalen der Photoinitiatoren. Dies verhindert die Kettenreaktion der Polymerisation. Die Folge ist eine klebrige Oberfläche, die besonders bei Lacken unerwünscht ist.
LED-Systeme kämpfen aufgrund ihrer Monochromasie stärker mit diesem Effekt als herkömmliche Lampen. Die Chemie der Farben muss daher präzise auf das LED-Spektrum abgestimmt sein. Moderne Photoinitiatoren sind heute so optimiert, dass sie die Energie im 395-nm-Bereich effizient nutzen. Im Flexodruck ermöglicht dies extrem hohe Produktionsgeschwindigkeiten bei gleichzeitig trockener Oberfläche.
UV-LED im Flexodruck: Effizienz auf der Schmalbahn
Der Flexodruck profitiert massiv von der kompakten Bauweise der LED-Köpfe. In engen Druckmaschinen lassen sie sich leicht integrieren. Die sofortige Einsatzbereitschaft ohne Aufwärmphase steigert die Nettoproduktionszeit.
Bei mehrschichtigen Etiketten wird oft mit Zwischenhärtung gearbeitet. Jedes Druckwerk verfügt über eine eigene LED-Einheit. Dies verhindert das Ineinanderlaufen der Farben (Bleeding). Die präzise Steuerung der Strahlungsintensität erlaubt es, die Haftung für die nachfolgende Schicht zu optimieren. Eine zu starke Härtung der unteren Schichten kann die Benetzbarkeit für die Folgeschicht verschlechtern.
Besonderheiten im Offsetdruck
Im Bogen- oder Rollenoffsetdruck sind die Farbschichten deutlich dünner als im Flexodruck. Dennoch ist die Pigmentdichte extrem hoch. UV-LED-Farben für den Offsetdruck müssen eine sehr hohe Reaktivität aufweisen.
Die Emulgierung mit dem Feuchtwittel ist ein kritischer Faktor. LED-Farben sind chemisch anders aufgebaut als konventionelle UV-Farben. Die Rheologie muss stabil bleiben, während die Härtungsgeschwindigkeit den schnellen Takt der Maschinen mithalten muss. Durch den Wegfall der Ozonabsaugung und der Reduktion von Bestäubungspuder wird der Offsetdruck sauberer und wartungsärmer.
Lackierung und Veredelung
Der Auftrag von UV-Lacken über Farbschichten dient dem Schutz und der Optik. Bei mehrschichtigen Systemen muss der Lack eine perfekte Verbindung mit der darunterliegenden Farbe eingehen. LED-härtende Lacke müssen so formuliert sein, dass sie trotz der fehlenden UVC-Anteile einen hohen Glanzgrad erreichen.
Besonders im High-End-Etikettenbereich werden oft Matt- und Glanzlacke kombiniert. Die LED-Härtung ermöglicht hier sehr konturenscharfe Ergebnisse. Da das Substrat kühl bleibt, bleibt der Glanz stabil und schlägt nicht in das Material weg. Die Kratzfestigkeit wird durch die hohe Vernetzungsdichte erreicht, die moderne LED-Systeme garantieren.
Prozesskontrolle und Qualitätssicherung
Für eine stabile Produktion ist die Messung der UV-Dosis unerlässlich. Radiometer, die speziell auf das LED-Spektrum kalibriert sind, gehören zur Standardausrüstung. Die bloße Angabe der elektrischen Leistung in Prozent ist nicht ausreichend.
Entscheidend ist die Bestrahlungsstärke (Irradiance) in W/cm² an der Substratoberfläche. Ebenso wichtig ist die Energiedosis (Energy Density) in J/cm². Diese Parameter müssen für jede Farbkombination und jede Geschwindigkeit definiert werden. Nur so lassen sich Reklamationen durch Migration oder mangelnde Haftung vermeiden.
Wirtschaftliche Aspekte der Umstellung
Die Investition in UV-LED-Technologie ist zunächst höher als bei Quecksilbersystemen. Die Betriebskosten gleichen dies jedoch schnell aus. Eine LED-Einheit hält bis zu 20.000 Betriebsstunden. Herkömmliche Strahler müssen oft nach 1.000 Stunden getauscht werden.
Zudem entfällt die Standby-Leistung. LEDs verbrauchen nur Energie, wenn sie tatsächlich leuchten. Die Reduktion der Makulatur durch sofortige Trocknung und die Einsparung von Kühlleistung in der Halle sind weitere Faktoren. Für Druckereien im Schmalbahnsegment ist die Umstellung oft der Schlüssel zu neuen Märkten mit thermisch sensiblen Materialien.
Chemische Anpassungen der Druckfarben
Farbenhersteller haben die Rezepturen für LED-Systeme grundlegend angepasst. Klassische Photoinitiatoren wie Benzophenon funktionieren unter LED-Licht kaum. Stattdessen kommen hocheffiziente Thioxanthone oder Acylphosphinoxide zum Einsatz.
Diese Stoffe reagieren exakt auf die Wellenlänge der LEDs. Bei Mehrschichtanwendungen ist die Balance zwischen Oberflächenreaktivität und Tiefenhärtung entscheidend. Eine falsche Mischung führt entweder zu spröden Schichten oder zu “schmierenden” Ergebnissen in den unteren Lagen. Die Abstimmung zwischen Maschinenbediener, Farbhersteller und LED-Anbieter ist daher essenziell.
Integration in bestehende Anlagen
Viele Druckereien nutzen Hybrid-Lösungen. Hierbei werden kritische Stationen mit LED ausgestattet, während für Speziallacke noch konventionelle UV-Strahler zum Einsatz kommen. Die Baugröße der LED-Systeme erlaubt oft ein einfaches Retrofit.
Wichtig ist dabei die Kühlung der LED-Module. Meist wird eine Wasserkühlung eingesetzt, um die Chiptemperatur konstant zu halten. Nur eine kühle LED liefert eine konstante Lichtleistung über die gesamte Lebensdauer. Schwankungen in der Intensität würden sofort zu Qualitätsproblemen im Mehrschichtdruck führen.
Zukunftsausblick: Vollständige Migration auf LED
Die Entwicklung geht klar in Richtung reiner LED-Produktionslinien. Die Farben werden immer leistungsfähiger, die Kosten für die Hardware sinken. Insbesondere gesetzliche Regelungen bezüglich Quecksilber treiben diesen Prozess voran.
Für den Etiketten- und Verpackungsdruck bietet die Technologie die nötige Sicherheit für migrationsarme Anwendungen. Da weniger Nebenprodukte bei der Härtung entstehen, sinkt das Risiko für Geruchsbelästigungen. Dies ist besonders im Lebensmittelbereich ein unschätzbarer Vorteil.
Fazit für die Praxis
Die Implementierung der UV-LED-Härtung bei mehrschichtigen Aufträgen erfordert technisches Verständnis. Es ist kein einfacher Austausch der Lichtquelle. Es ist ein Systemwechsel, der Chemie, Physik und Mechanik umfasst.
Wer diesen Prozess beherrscht, profitiert von höherer Produktivität und besserer Qualität. Der Etikettendruck, der Flexo- und der Offsetdruck haben mit UV-LED eine Technologie erhalten, die nachhaltig und zukunftssicher ist. Die Präzision, mit der Schicht für Schicht gehärtet werden kann, setzt neue Maßstäbe in der Druckveredelung.
