fachbeiträge - DFTA

Spezifische Anforderungen
an Verpackungsdruckverfahren
und deren Auswirkungen
Dargestellt am Beispiel der Verfahren Flexo-, Tief- und Offsetdruck – Teil 1
Prof. Dr. MARTIN DREHER 1 , ANSGAR WESSENDORF
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Die Produktion unterschiedlichster Verpackungen wird noch immer
von den drei »klassischen« Verfahren Tief-, Flach- und Hochdruck beherrscht.
Auch wenn der Digitaldruck seine Entwicklungen auf diesem
Gebiet weiter vorantreibt und in manchen Nischenbereichen durchaus
erfolgreich ist, so ist sein aktueller Anteil am Gesamtvolumen gefertigter
Verpackungen noch marginal. Daß der Digitaldruck seinen Marktanteil
in der Verpackungsherstellung langfristig spürbar erhöhen wird,
steht für die meisten Experten jedoch außer Frage.
Bei näherer Betrachtung treten
die Hauptdruckverfahren in der
Praxis vor allem als Rakel-Tiefdruck,
Naß-Offsetdruck und Flexodruck
in Erscheinung. In diesem
Zusammenhang beschreibt der Namensbestandteil
»Offset« (to set off
= absetzen) nur den Zwischenschritt
des Absetzens des Druckbildes
auf ein Trägermedium, das
Gummituch. Da sich das Prinzip des
»Absetzens« nicht allein auf das
Flachdruckverfahren beschränkt
(obwohl es dort am häufigsten zur
Anwendung kommt), ist bei allen
Fachbegriffen, die den Bestandteil
»Offset« im Namen tragen, eine Präzisierung
angebracht.
Wird vom Flachdruck gesprochen,
ist in erster Linie der Naß-
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Offsetdruck gemeint, bei dem vor
dem Einfärben ein gleichmäßiger
hauchdünner Feuchtfilm auf die
Druckform aufgetragen wird (Faltschachtel-
und Wellpappendruck).
Zu dieser Verfahrensklasse zählt
auch der wasserlose Offsetdruck, bei
dem spezielle Farben und Druckformen
eingesetzt werden (Tubenund
Becherdruck), wobei der Prozeßschritt
»Feuchten« entfällt. Dagegen
setzt der Trockenoffset (Tuben-
und Becherdruck) für den indirekten
Druck über das Gummituch
spezielle Hochdruckplatten ein. Damit
muß dieses Verfahren dem
»Hochdruck« und nicht, wie oft irrtümlich
angenommen, dem Flachdruck
zugeordnet werden. Im Tiefdruck
kommt das Absetzprinzip in
speziellen Nischenbereichen des
Dekordrucks zur Anwendung, um
qualitative Unzulänglichkeiten des
Bedruckstoffs auszugleichen.
Der Verpackungszyklus
Der Verpackungszyklus läßt sich in
die drei großen Bereiche Herstellung
von Packmitteln, Abpackprozeß
und Distribution bzw. Verwendung
(Endverbraucher) gliedern.
Die Verpackungsfertigung wiederum
unterteilt sich in die Segmente
Produktion der Druckausgangsstoffe,
Druck sowie Weiterverarbeitung.
Dabei spielen die Begriffe
»Runability« und »Printability« eine
entscheidende Rolle. »Runability«
beinhaltet alle Aspekte, welche die
Laufeigenschaften und Verarbeitbarkeit
von Bahnmaterialien auf
Produktionsmaschinen beschreiben
(Abbildung 1).
Obwohl die »Printability« stark
von der »Runability« beeinflußt
wird, hat diese die Ver- und Bedruckbarkeit
der eingesetzten Materialkomponenten
und die erreichbare
Druckqualität zum Gegenstand.
Obwohl die beiden Begriffe
auch beim anschließenden vollautomatischen
Abpackprozeß ver-
Leiter DFTA-Technologie-Zentrum, Stuttgart/D.
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4 FLEXO+TIEF-DRUCK 2-2009
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FACHBEITRÄGE
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wendet werden, so sind die Bezüge
hier jedoch andere. Darüber hinaus
spielt die sinnvolle Abstimmung
von Packstoffen und Packgütern
eine große Rolle (u.a. Migration),
um bestimmte physikalische und
chemische Eigenschaften zu gewährleisten,
die wiederum maßgeblich
durch den Fertigungsprozeß
der Verpackung beeinflußt werden.
Eine Verpackung muß bestimmte
Hauptfunktionen erfüllen, die allerdings
in Abhängigkeit vom Einsatzspektrum
im Detail durchaus
variieren können. Die grundlegendste
Funktion einer Verpackung
ist der Schutz des Packguts vor
äußeren Einflüssen wie Licht, Temperatur
und Verunreinigungen,
oder aber den Schutz des Menschen
vor bestimmten Gefahrstoffen. Darüber
hinaus stieg infolge der Globalisierung
die Bedeutung von Verpackungen
als Träger von Sicherheitselementen
zum Schutz vor
Produktpiraterie in den letzten Jahren
spürbar an.
Vor allem in den gesättigten
Märkten Westeuropas und Nordamerikas
entscheidet die Marketingfunktion
einer Verpackung im
Wesentlichen darüber, wie erfolgreich
sich ein Produkt im Wettbewerb
behauptet. Die gestalterische
Raffinesse einer Verpackung soll in
Bruchteilen einer Sekunde den entscheidenden
Kaufimpuls beim Konsumenten
auslösen.
Ein weiterer, nicht zu unterschätzender
Aspekt ist die Funktion
der Verpackung als Informationsträger
in den Sprachen der jeweiligen
Zielmärkte. Dabei sind nicht
nur die gesetzgeberischen Vorgaben
zu erfüllen, sondern auch das
Informationsbedürfnis zunehmend
kritischer Konsumenten (z.B. Bio-
Produkte) zu befriedigen. Daraus
folgt, daß die Textdichte auf Verpackungen
zunimmt und daher im
Druck kleinere Schriftgrade umgesetzt
werden müssen.
Darüber hinaus erfordert der internationale
Austausch von Waren
eine entsprechende Lager- und
Transportfunktion der Verpackungen,
um die sichere und unversehrte
Zustellung der abgepackten Güter
zu gewährleisten. Weitere wichtige
Funktionen, die für die Alltagstauglichkeit
einer Verpackung wichtig
sind, sind einfaches Öffnen sowie
das Entnehmen und Dosieren des
abgepackten Produkts.
Die Druckanforderungen
Abbildung 2 gibt einen detaillierten
Überblick über die wichtigsten Forderungen,
die sich für den Verpakkungsdruck
aus den oben gemachten
Ausführungen ergeben. Das
Schema teilt sich auf in die Hauptkategorien
Toxikologie, Sensorik,
physikalische und chemische Eigenschaften
und Anforderungen
sowie Runability und Encoding/
Printability.
Mit dem Ziel, Eignungen, Besonderheiten
und Grenzen der drei
genannten Verpackungsdruckverfahren
herauszuarbeiten, werden
im Folgenden einige der im Schaubild
stichpunktartig aufgeführten
Anforderungen exemplarisch dargestellt.
Die dabei angesprochenen
Stärken und Schwächen beziehen
sich dabei stets auf konkrete Anwendungsbereiche
und lassen daher
keine Rückschlüsse hinsichtlich
der Überlegenheit eines Verfahrens
gegenüber den anderen zu. Hierzu
ein Beispiel: Die Direktbedruckung
von Wellpappe im Tiefdruck ist aus
technischen Gründen nicht möglich,
weshalb ein entsprechender
Vergleich mit den anderen Verfahren
grundsätzlich nicht durchführbar
ist.
Die Abtastmarken
Abtastmarken müssen bei jeder Abwicklung
bzw. jedem Nutzen an
genau definierter (gleicher) Position
relativ zum Druckbild stehen. Wird
ein Verpackungsmotiv mehrnutzig
gedruckt, so müssen alle Nutzen die
gleiche Länge aufweisen. Im Rotationsdruck
werden bei allen Verfahren
die Marken in einem der Werke
mitgedruckt; es treten im Regelfall
keine Schwierigkeiten mit der
Passergenauigkeit auf.
Dagegen ist die Lesbarkeit der
Abtastmarken zuweilen problematisch.
Im Flexodruck liegt der Grund
hierfür vor allem im kontrastarmen
Ausdruck der Abtastmarken. Wird
mit montierten Platten gedruckt,
kann dies zu Fehlern in der Abwicklungslänge
führen, wodurch
gegebenenfalls der letzte Nutzen zu
lang oder zu kurz ausfällt.
Die im Tiefdruck im Vergleich
Verpackungsmittel-
Herstellung
Rohmaterialherstellung
Verpackungsdruck
Weiterverarbeitung
mit den anderen Verfahren etwas
geringere Konturenschärfe (Sägezahneffekt)
des Motivs kann das
Lesen der Marken auf der Druckmaschine
beeinträchtigen. In der Praxis
tritt dieser Fall jedoch nur selten
auf, da die Lasergravur sowie spezielle
Eigenschaften der elektromechanischen
Gravur in der modernen
Zylinderherstellung für optimale
Randschärfe sorgen.
Im Offsetdruck treten keine Probleme
beim Lesen von Abtastmarken
auf. Doch ist in diesem Verfahren
die Einhaltung der korrekten
Abwicklungslänge durch die montierte
Druckplatte (wie beim Flexodruck)
sowie den indirekten Druck
über das Gummituch erschwert.
Druckfarbenhaftung
Die Qualität der Haftung von
Druckfarben auf flexiblen bahnförmigen
Substraten wird bestimmt
durch Farbformulierung, Folienvorbehandlung,
Trocknungssystem
sowie die Migration von Weichmachern.
Dabei kommt der Vorbehandlung
zur optimalen Haftung
von Druckfarben eine besondere
Bedeutung zu. Mit Lösemittelfarben
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Runability
Printability
Physikalische
Eigenschaften
bzw. Anforderungen
Mechanik
Druckfarbe:
- Adhäsion
- Kratzfestigkeit
- Blocken oder Ablegen
Packmittel & Druckfarbe:
- Gleiteigenschaften
- Knitterfestigkeit
- Flexibilität
- Verbundfestigkeit
- Zugfestigkeit /
Dehnbarkeit
- Barriere-Funktion
- Aussen-Bewitterung
Verpakkungsprozess
Runability
Printability
Physikalische
Eigenschaften
Chemische
Eigenschaften
Verpackungsspezifische Anforderungen
an den Verpackungsdruck
Toxikologie
- Lebensmittelrecht
„Runability“
- Blocken oder Ablegen
- Siegelbarkeit
- Abtastmarken passend + lesbar
- Passgenauigkeit
- Rapport bzw. Dimension
(Einhaltung von ~)
- Planlage
- Falten
- Skew (bei Rollenware)
- Rollenwicklung
- Fehldrucke in Stapel/Rolle
Thermodynamik Elektrodynamik
- Pasteurisierung - Elektrische
- Hitzebeständigkeit Ableitfähigkeit
- Kältebeständigkeit
- Siegeln und
Schweißen
und –beständigkeit
- Schrumpfung
(Berücksichtigung
der ~)
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Optik
-Farbigkeit
(Veränderungen
der ~)
- Opazität /
Transparenz
- Lichtechtheit
Abbildung 1.
Abbildung 2.
Sensorik
- Geruch, Geschmack
Encoding /
„Printability“
- Laser-Beschriftung
- Klebezonen (ohne Behandlung)
Akustik
- Ultraschall-
Schließen
Distribution /
Verwendung
Distribution
Recycling
Verwendung
• Schutzfunktion
Lagerfunktion
Lade- & Transportfunktion
Verkaufsfunktion
Informationsfunktion
Dosier- &
Entnahmefunktion
Chemische
Eigenschaften
bzw. Anforderungen
Nass-Chemie Trocken-Chemie
- Flüssig-Sterilisation - Gas-Sterilisation
- Wasserbeständigkeit
- Chemikalien-Beständ.
- Füllgutbeständigkeit
Strahlung
- Gamma-Strahlen-
Sterilisation

FACHBEITRÄGE
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(NC, PVB), wasserbasierten und
strahlungshärtenden (UV, EB) Farben
verfügt der Flexodruck über das
größte Spektrum von Farbsystemen
zur Bedruckung von Verpackungsfolien.
Verfahrensbedingt erzielt der
Tiefdruck seine gute Druckqualität
mit relativ niedrigviskosen (dünnflüssigen)
Lösmittelfarben mit hohem
Verdunstungsgrad. Hochpigmentierte,
strahlungshärtende Farben
(hohe Viskosität) sowie die polaren
Kräfte von Wasserfarben
(niedriger Verdunstungsgrad) erschweren
eine optimale Näpfchenentleerung
bzw. die Verdruckung
dieser Farbsysteme im Tiefdruck.
Trotz vielversprechender Ansätze
konnten sich entsprechende Bemühungen
von Seiten der Hersteller
von Druckfarben und Formzylindern
bislang nicht durchsetzen.
Der Marktanteil des Offsetdrucks
bei der Bedruckung von Folien
ist sehr gering. Im wachsenden
Nischenbereich der Produktion von
Rollenhaftetiketten ist der UV-Offsetdruck
aufgrund seines hohen
Standards und der geringen Plattenkosten
durchaus erfolgreich.
Darüber hinaus werden der wasserlose
Offsetdruck sowie der Trockenoffset
(Hochdruck) für die Bedrukkung
von Bechern und Tuben eingesetzt
(Abbildung 3).
Außen-Bewitterungsbeständigkeit
Verpackungen, die überwiegend im
Freien lagern, müssen bewitterungsbeständig
sein. Beispiele hierfür
sind Säcke für Blumenerde oder
Dünger, die vor Baumärkten auf Pa-
letten aufbewahrt werden. Die Außen-Bewitterungsbeständigkeitbedruckter
Säcke definiert sich über
die Naßwischfestigkeit und Lichtechtheit
der Druckfarbe.
Bei der Herstellung solcher Verpackungen
ist der Flexodruck eindeutig
das bevorzugte Verfahren.
Hierfür kommen überwiegend Folien,
zum Teil auch in Schlauchform
zum Einsatz und häufig werden
große Druckformate verlangt, die
der Tiefdruck oft nicht erfüllen
kann. Darüber hinaus sprechen
Qualitätsanforderungen und Losgrößen
für den Einsatz des Flexodrucks.
Insbesondere bei der Verdruckung
der in diesem Segment oft
eingesetzten UV-Farben kann dieses
Verfahren seine Stärken voll
ausspielen.
Gute Außen-Bewitterungsbeständigkeit
ist oftmals das Ergebnis
einer sinnvollen Kombination von
Bedruckstoff und Farbsystem.
Drucktechnische Probleme können
sich durch qualitativ schlechte
Druckfarben und/oder eine unzureichende
Folienvorbehandlung ergeben.
Obwohl der Tiefdruck die geschildertenBeständigkeitsforderungen
ebenfalls gut erfüllen würde,
kommt er in diesem Segment
jedoch praktisch nicht zum Einsatz.
Der Offsetdruck bedient in dieser
Hinsicht ein sehr begrenztes Marktsegment
und kommt für die Herstellung
von Inmould-Etiketten für Getränkekisten
zum Einsatz. Die Naßwischfestigkeit
wird dabei durch die
verwendeten UV-Druckfarben gewährleistet,
während die Lichtechtheit
durch den relativ hohen Farbauftrag
erreicht wird.
Flexodruck
Farbsysteme
Lösemittel (NC, PVB)
Wasser-basierend
Strahlungshärtend (UV, EB)
Haftung bestimmt durch
Druckfarbe
Folienvorbehandlung
Trocknung
Migration von Weichmachern
Erzielte Werte
Gut bis sehr gut, problematisch
nur bei ungenügender
Vorbehandlung
Adhäsion der Druckfarbe
bei nicht-saugfähigen Bedruckstoffen
Barriere-Eigenschaften
Die Barriere-Eigenschaften einer
Verpackung hängen maßgeblich
vom eingesetzten Folienmaterial/
-verbund ab, während die Druckverfahren
nur einen indirekten Einfluß
auf diese wichtige Funktion
haben. So können z.B. aus Gründen
der Kompatibilität mit dem Druckverfahren
Materialien zum Einsatz
kommen, welche die Barriere-
Funktion der Verpackung verschlechtert.
Darüber hinaus kann
auch die Folienbedruckung die Barriere-Eigenschaften
verändern.
Da der Flexodruck ein sehr breites
Spektrum bei der Wahl der Substrate
erlaubt, können im Regelfall
alle geforderten Barriere-Funktionen
optimal erfüllt werden. Schwierigkeiten
können lediglich dann
auftreten, wenn sich die für den
Druck notwendige Folienvorbehandlung
bis in den Bereich der
Schweißnaht erstreckt und dadurch
ein Verschweißen der Verpackungsnaht
erschwert oder gar verhindert.
Weichmacher in Druckfarben oder
Bedruckstoffen können die vielfältigen
Barriere-Funktionen einer
Verpackung ebenfalls negativ beeinträchtigen.
Die gleichen Aussagen
treffen durchaus auch für den
Tiefdruck zu, obwohl hier bezüglich
der Wahl der Bedruckstoffe gewisse
Einschränkungen bestehen.
Der Offsetdruck kommt bei Verpackungsprodukten
mit Barriere-
Funktionen kaum zum Einsatz und
entsprechende Bemühungen in dieser
Richtung befinden sich noch im
Anfangsstadium. ■
Tiefdruck Offsetdruck
Farbsysteme
Lösemittel (NC, PVB)
Haftung bestimmt durch
Druckfarbe
Folienvorbehandlung
Trocknung
Migration von Weichmachern
Erzielte Werte
Gut bis sehr gut, problematisch
nur bei ungenügender
Vorbehandlung
Farbsysteme
Strahlungshärtend (UV)
Haftung bestimmt durch
Druckfarbe
Folienvorbehandlung
Trocknung
Migration von Weichmachern
Erzielte Werte
Problematisch bei ungenügender
Vorbehandlung
Bemerkung
Folienbedruckung im Offsetdruck hat
einen sehr geringen Marktanteil. Es
werden angewendet der Wasserlose
Offsetdruck und der Trockenoffset
(Hochdruck).
Abbildung 3.
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