Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trocknen der in einem Druckwerk einer Rotationstiefdruckmaschine auf eine Papierbahn aufgedruckten, mit Hilfe eines Lösemittels 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 durchströmt und als Energieträger dient, das Lösemittel, im allgemeinen Toluol, zumindest 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 aufgebrachten Farbe kommt.
Dabei darf aus sicherheitstechnischen Gründen eine maximale Lösemittelkonzentration von 50% der sogenannten Unteren Explosionsgrenze" (UEG) nicht überschritten werden, wobei der Wert dieser UEG von der Temperatur im Trockner abhängig 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 aufweisen 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 übersteigen 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 Warmluft 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 eingangs genannten Art zu schaffen, das auch bei sehr hohen Papierbahngeschwindigkeiten und großen Bahnbreiten eine ausreichende Trocknung gewährleistet, ohne daß hierfür extremen lange Trockner benötigt und mit extrem hohen Luftmengen durchsetzt werden müssen.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung die im Anspruch 1 zusammengefaßten Merkmale vor.
Diesen Maßnahmen liegt die Erkenntnis zugrunde, daß es wegen der vergleichsweise 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 Lösemittel 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 suchen, weil diese Gelschicht Lösemittel in den tieferen Farbschichten festhält welches später austreten bzw. die Farbhaut wieder auflösen kann und belastend wirkt.
Demgegenüber wird beim erfindungsgemäßen Verfahren durch die durch die Verwendung eines Inertgases mit minimalem Sauerstoffanteil mögliche, wesentlich höhere 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 werden, sodaß das Gleichgewicht zwischen dem Lösemittelnachtransport aus den unteren 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.
Die eben gemachten Ausführungen beziehen sich zwar primär auf die zwischen den Druckwerken angeordneten Trockner. Gemäß der Erfindung ist es jedoch auch möglich, bei diesen Trocknern in herkömmlicher Weise mit niederer Lösemittelkonzentration und ohne Inertgas zu arbeiten und lediglich im Finaltrockner, das heißt den hinter dem letzten Druckwerk angeordneten Trockner, mit Inertgas und hoher Lösemittelkonzentration zu betreiben. In diesem Fall bilden sich zwar in den mit niederer Lösemittelkonzentration gefahrenen Trocknern die oben erwähnten Gelschichten aus, doch werden sie durch die hohe Lösemittelkonzentration im Finaltrockner zumindest so weit wieder aufgelöst, daß eine mit den tiefstliegenden Farbschichten beginnende, von unten nach oben fortschreitende Durchtrocknung stattfindet, und so die angestrebte minimale Lösemittel-Restkonzentration im fertigen Druckprodukt erreicht werden kann.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, daß wegen der wesentlich höheren, zulässigen Lösemittelkonzentration geringere Gasmengen 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 Lösemittel abzuscheiden. Auch findet in der feuchten Lösemittel-Inertgas-Atmosphäre eine geringere Schrumpfung der Papierbahn statt, die bei herkömmlichen Trocknungsverfahren erhebliche Schwierigkeiten bereitet und aufwendige Kompensationsmaßnahmen erfordert.
Um die zur Verdampfung des Lösemittels erforderliche Energie möglichst schnell in die Farbschichten zu übertragen, ist der Trockner vorzugsweise mit einer Heizvorrichtung 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 (Toluol/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 50° bis 90° C. Der Lösemittelgehalt zur Erzielung einer Tiefentrocknung" liegt vorzugsweise in einem Bereich von 50g/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 bewegenden Papierbahn ausbilden und mit der Papierbahn mitbewegen würde, abgeschält.
Das im Trockner mit Lösemittel beladene Inertgas wird abgeführt und vorzugsweise dadurch in seinem Lösemittelgehalt abgereichert, daß es abgekühlt und das Lösemittel durch Kondensieren abgeschieden wird. Dabei kann die Abkühlung auf eine erste, niedere Temperatur, beispielsweise 4° C erfolgen und das derart abgereicherte 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 Papierbahn zuerst bedruckt und danach getrocknet wird, unmittelbarer aneinander anschließen. Erfolgt nach dem Trocknen ein weiteres Bedrucken der Papierbahn mit einer anderen Farbe, so schließt sich vorzugsweise auch dieser unter Inertgas stehende 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 Inertgasbereich eintritt bw. 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 Eintritts- und eine Austrittsgasschleuse benötigt werden. Es ist auch vorteilhaft, die beiden Türme inertgasmäßig miteinander zu verbinden, so daß insgesamt nur zwei Schleusen erforderlich sind. Eine vollständige Inertisierung von Trocknern und Farbwerken läßt sich jedoch auch bei einer herkömmlich angeordneten Rotationstiefdruckmaschine erzielen, bei der die Druckwerke horizontal nacheinander aufgestellt sind.
Muß der Druckprozeß unterbrochen werden, so erfolgt die Abreicherung des Abgases durch Kondensation lediglich so weit, daß ein Konzentrationswert unterhalb von 50% der UEG erreicht wird und Umgebungsluft gefahrlos in den oder die Inertgasbereiche nachströmen kann, Die weitere Reinigung des Abgases kann dann in herkömmlicher Weise, z.B. mit Aktivkohlefiltern geschehen.
Zwischen den Inertgasbereichen der einzelnen Druckwerke und Trockner kommen vorzugsweise lösemittelfeste Dichteinrichtungen vorgesehen, die während des regulären Druckbetriebes geöffnet sind, mit deren Hilfe aber bei Betriebsstörungen oder beim Wechseln der Farb- 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, während die anderen unter Inertgas bleiben.