Druckfarbenprüfung: Prüfstandard

Die Anforderungen an Siebdruckfarben beginnen mit der Notwendigkeit einer geeigneten Fließfähigkeit. Die Farbe muss die Maschen des Siebgewebes gleichmäßig durchdringen, ohne diese zu verstopfen. Dies ist entscheidend für einen gleichmäßigen Farbauftrag während der Rakelbewegung. Eine schnelle und feste Bindung mit dem zu bedruckenden Material ist ebenfalls unerlässlich, während gleichzeitig eine Benetzung des Siebmaterials möglichst vermieden werden soll. Schließlich ist eine gleichmäßige und zügige Trocknung der Farbschicht nach dem Auftrag auf dem Werkstück von großer Bedeutung. Während des Trocknungsprozesses soll durch eine Vernetzung der Bindemittel eine hohe Oberflächenhärte, eine dauerhafte Verbindung mit dem Bedruckstoff sowie die gewünschten Glanz- und Oberflächeneigenschaften erreicht werden. Die gesamte Prozesskette, von der Fließfähigkeit bis zur finalen Trocknung und Aushärtung, bestimmt die Qualität des Druckergebnisses und die Funktionalität der Siebdruckfarbe.

Im Tampondruck stellt die Haftung der Farbe auf dem silikonhaltigen Tampon eine besondere Herausforderung dar. Das Tamponmaterial ist tendenziell nicht leicht benetzbar, daher muss die Druckfarbe eine ausreichende Haftung aufweisen, um vom Klischee aufgenommen und anschließend auf den Bedruckstoff übertragen zu werden. Während dieses Prozesses verdunstet das Lösemittel an der Oberfläche der Farbe, wodurch diese „klebriger“ wird und die Haftung am Bedruckstoff verbessert wird. Ein möglichst vollständiger Farbübertrag von nahezu 100% ist das Ziel. Das im Tampon enthaltene Silikonöl spielt dabei eine entscheidende Rolle, um diesen vollständigen Übertrag zu gewährleisten. Die Zusammensetzung der Farbe muss also spezifisch auf die Eigenschaften des Tamponmaterials und den gewünschten Farbübertrag abgestimmt sein.

Additive werden Druckfarben häufig zugesetzt, um ihre Verarbeitungseigenschaften und die Qualität des Endprodukts zu verbessern. Verlaufs- und Benetzungsmittel beispielsweise senken die Oberflächenspannung und verhindern so Verlaufsstörungen und Benetzungslücken, wie den Orangenhauteffekt oder Fischaugen. Viele Additive, wie Mattierungsmittel, Trockenstoffe oder Mittel zur Viskositätsregulierung und Thixotropie-Einstellung, können auch erst in der Druckerei kurz vor der Verarbeitung hinzugefügt werden. Diese Vorgehensweise liegt außerhalb der direkten Kontrolle des Druckfarbenherstellers und kann die geplanten Verarbeitungseigenschaften beeinflussen. Daher müssen die zugesetzten Additive in den technischen Merkblättern genau beschrieben werden. Die Interaktion der Additive mit den anderen Bestandteilen der Druckfarbe, insbesondere der Einfluss auf die Vernetzung der Bindemittel, ist von großer Bedeutung für die endgültigen Eigenschaften der Druckfarbe.

Die Marabuwerke verwendeten bisher in verschiedenen Abteilungen (Anwendungstechnik, Produktmanagement, Labor) unterschiedliche Prüfmethoden zur Bestimmung der Eigenschaften und Beständigkeiten ihrer Sieb- und Tampondruckfarben. Diese Methoden waren zwar ähnlich, aber nicht vollständig vergleichbar, was die Ergebnisinterpretation und -verwendung erschwerte. Die Informationen über die Beständigkeiten waren stark verstreut und es fehlte eine zentrale Datenbank oder Matrix, die alle Eigenschaften einer Druckfarbe übersichtlich zusammenfasste. Diese mangelnde Standardisierung behinderte die interne Zusammenarbeit und verhinderte einen optimalen Vergleich der eigenen Produkte mit denen der Wettbewerber. Die Notwendigkeit eines einheitlichen Prüfstandards zur Verbesserung der Datenqualität und -verfügbarkeit wurde deutlich.

Um einen einheitlichen Prüfstandard für die Druckfarbenbeständigkeit zu entwickeln, wurden verschiedene Quellen herangezogen. Es erfolgte eine Recherche in Publikationen anderer Druckfarbenhersteller (Siegwerk, Huber Gruppe) und im Datenbestand des Bundesverbandes. Besonderes Augenmerk lag auf relevanten DIN- und ISO-Normen für die Prüfung von Drucken und Druckfarben sowie Lacken und Anstrichstoffen. Bestehende Versuchsbeschreibungen und -durchführungen innerhalb der Marabuwerke wurden ebenfalls berücksichtigt. Ziel war die Schaffung eines einheitlichen Prüfstandards, der von der Entwicklung über die Produktion bis zur Anwendungstechnik angewendet wird. Dies ermöglicht eine gezieltere Entwicklung von Druckfarben, die spezifische Kundenanforderungen erfüllen. Die resultierende Matrix soll über eine reine Katalogisierung hinausgehen und einen nachhaltigen Mehrwert für Unternehmen und Kunden bieten.

Das Ergebnis der umfangreichen Untersuchung ist ein Prüfkatalog mit ca. 84 Tests zur Bestimmung der Beständigkeit von Sieb- und Tampondruckfarben. Für jeden Test wurde ein Formularentwurf für den Prüfbericht erstellt, um eine einheitliche Datenerfassung und -dokumentation zu gewährleisten. Die Ergebnisse der einzelnen Tests werden in einer vereinfachten Matrix zusammengefasst, die eine schnelle Übersicht über die Beständigkeitseigenschaften der verschiedenen Marabu-Farben bietet. Anwendungstechniker und Kundenberater können diese Matrix zur Identifizierung geeigneter Farben für spezifische Anwendungsfälle nutzen. Die detaillierten Prüfberichte werden archiviert und bei Bedarf als ergänzende Informationen zur Matrix hinzugezogen. Die Verwendung von DIN- und ISO-Normen erhöht die Vergleichbarkeit der Ergebnisse mit denen anderer Druckfarbenhersteller und stärkt das Vertrauen der Kunden.

Der erstellte Prüfkatalog ist praxisorientiert und für den täglichen Gebrauch der Marabu-Mitarbeiter konzipiert. Er wurde iterativ angepasst und erweitert, um eine hohe Praxisrelevanz zu gewährleisten. Die Arbeit demonstriert die Anwendbarkeit des Katalogs und der Matrix anhand der Farbsorte Marastar SR. Die vollständige Implementierung des Systems für alle Farben des Marabu-Sortiments würde einen erheblichen Zeitaufwand erfordern. Die Arbeit schlägt daher vor, die Durchführung der Tests für die restlichen Farbsorten durch Praktikanten von Hochschulen oder Universitäten zu unterstützen, um die Kosten zu optimieren. Der Bezug zu bestehenden DIN-Normen ermöglicht einen besseren Vergleich mit der Konkurrenz und die Hervorhebung der Stärken der Marabu-Produkte.

Die Farbhaftung beschreibt den Grad der Verankerung der Druckfarbschicht auf dem Bedruckstoff. Eine unzureichende Farbhaftung liegt oft nicht am Druckfarbenhersteller, sondern an der Materialwahl oder fehlender Vorbehandlung des Bedruckstoffs. Probleme treten insbesondere bei Kunststoffen auf, wenn Gleitmittel verwendet wurden. Auch Temperaturschwankungen oder falsche Mischungsverhältnisse können zu Haftungsproblemen führen. Zur Prüfung der Farbhaftung werden verschiedene Methoden eingesetzt, darunter Tests zur Abriebfestigkeit, die Tesafilmhaftung und der Gitterschnitt-Test. Die Stärke des Druckfarbenfilms ist dabei ein wichtiger Faktor, da sie in direkter Beziehung zur Farbhaftung steht. Der Gitterschnitt-Tesafilm-Test nach DIN EN ISO 2409 dient der Überprüfung der Verankerung des Druckfilms mittels eines Gitterschnitts und anschließender Klebebandprüfung. Der Test der Haftung im Übereinanderdruck, bisher nur innerhalb desselben Druckverfahrens angewendet, wurde im Rahmen der Arbeit erweitert, um verschiedene Druckverfahren zu kombinieren.

Die Härte einer Druckfarbenschicht beschreibt ihren Widerstand gegen mechanische Einwirkungen wie Druck, Kratzen und Reiben. Die Widerstandsfähigkeit hängt von der Oberflächenfestigkeit des Bedruckstoffs, der Haftung der Farbschicht und der Härte des Farbfilms ab. Das Bindemittelsystem der Farbe und der Trocknungszustand beeinflussen die Härte. Weichmacher aus dem Bedruckstoff können den Farbfilm erweichen. Die Härteprüfung wird in Kratzfestigkeit und Eindringhärte unterteilt. Ein Beispiel ist die Ritzhärteprüfung mit dem Modell 291 von Erichsen (Wolff-Wilborn Bleistifthärtetest nach ISO 15184), bei der mit Bleistiften verschiedener Härtegrade versucht wird, die Farbschicht zu zerkratzen. Die erzielte Härte wird anhand der Härte des Bleistifts bestimmt, der die Farbschicht noch nicht zerkratzt.

Neben Farbhaftung und Härte werden weitere mechanische Beständigkeiten geprüft. Die Knickfestigkeit ermittelt die Widerstandsfähigkeit des Druckfilms gegen Knicke, wobei ein schmaler Streifen der Druckprobe um 90° oder 180° geknickt wird. Die Abzugsmessung nach DIN EN ISO 4624 bestimmt die Kraft, die zum Ablösen eines Folienverbundes (z.B. bei Folientastaturen) benötigt wird. Das Stanzen, ein Trennverfahren für die Herstellung von Verpackungen etc., wird extern geprüft, wobei die Kantenqualität und das Splittern des Farbfilms im Fokus stehen. Die Prüfung der Druckfarben und Bedruckstoffe auf ihre Stanzenfähigkeit ist extern durchzuführen und zielt auf eine Beurteilung der Kantenqualität und des eventuellen Splitterns des Farbfilms ab. Die Prüfung der Knickfestigkeit erfolgt durch Knicken eines schmalen Streifens der Druckprobe bei Raumtemperatur, wobei auf Einrisse im Farbfilm und eine eventuelle Versprödung des Bedruckstoffs geachtet wird.

Die rheologischen Eigenschaften einer Druckfarbe, wie Viskosität, Thixotropie, Kürze und Zügigkeit, beeinflussen die Druckbarkeit. Die Viskosität beschreibt die Zähflüssigkeit und beeinflusst die Druckgeschwindigkeit; zu niedrige Viskosität führt zu Tropfenbildung. Thixotropie beschreibt die zeitabhängige Viskositätsänderung; die Viskosität ist im Ruhezustand höher als unter Scherbelastung. Die Ergiebigkeit einer Siebdruckfarbe ist abhängig von verschiedenen Parametern wie Farbrheologie, Rakelanstellwinkel, -geschwindigkeit und Schablonengeometrie. Die genaue Bestimmung ist schwierig; Näherungswerte werden durch praktisches Abwiegen vor und nach dem Druckvorgang ermittelt, wobei im Siebdruck ein Farbverlust von ca. 5% berücksichtigt wird. Die Farbabgabe vom Tampon im Tampondruck wird detailliert beschrieben, wobei der nahezu vollständige Farbübertrag durch das im Tampon vorhandene Silikonöl hervorgehoben wird. Ein Farbverlaufstest ermittelt Benetzungsstörungen durch visuelle Inspektion nach mehrmaligem Andruck auf transparenten Untergrund (Orangenhaut, Fischaugen).

Das Deckvermögen einer Druckfarbe beschreibt ihre Fähigkeit, den Untergrund zu verdecken. Der Deckweißgehalt und die Kornfeinheit der Pigmente beeinflussen das Deckvermögen. Die Messung des Deckvermögens erfolgt mit einem Spektralfotometer (Gretag Macbeth bei Marabu), wobei der Vergleich von Messwerten auf hellem und dunklem Untergrund ein 100%iges Deckvermögen anzeigt. Die chemische Beständigkeit, also der Widerstand gegen Chemikalien, ist abhängig von der Rezeptur. Tests zur Beständigkeit gegenüber verschiedenen Chemikalien wie Benzin, Haushaltsreinigern, Säuren und Laugen werden beschrieben. Die Licht- und Wetterechtheit ist besonders für Außenanwendungen wichtig und wird durch Bewitterungstests und beschleunigte Tests (z.B. mit Xenon- oder UV-Lampen) ermittelt. Die Temperaturbeständigkeit, relevant für Anwendungen bei hohen oder niedrigen Temperaturen (z.B. Sterilisation, LKW-Planen), wird ebenfalls berücksichtigt.

Die Marabuwerke sahen die Notwendigkeit, einen einheitlichen Prüfstandard für ihre Sieb- und Tampondruckfarben zu etablieren. Vor der durchgeführten Arbeit basierte die Prüfung der Druckfarben auf unterschiedlichen, nicht vollständig vergleichbaren Methoden in verschiedenen Abteilungen (Anwendungstechnik, Produktmanagement, Labor). Die Informationen über die Eigenschaften und Beständigkeiten der Farben waren stark verstreut, eine zentrale Datenbank fehlte. Dies erschwerte den internen Vergleich von Farbsorten, die Kundenberatung und die gezielte Reaktion auf Kundenanfragen bezüglich Beständigkeitsproblemen. Die fehlende Standardisierung stellte eine Limitierung für die Effizienz und die Wettbewerbsfähigkeit des Unternehmens dar. Die Entwicklung eines internen Prüfstandards sollte diese Defizite beheben und einen Mehrwert für Marabu schaffen.

Zur Entwicklung des internen Prüfstandards wurden verschiedene Maßnahmen ergriffen. Es wurde eine umfassende Recherche in Publikationen anderer Druckfarbenhersteller (Siegwerk, Huber Gruppe) und den Datenblättern des Bundesverbandes durchgeführt. Ein besonderer Fokus lag auf relevanten DIN- und ISO-Normen für die Prüfung von Drucken, Druckfarben und Lacken. Bereits vorhandene Prüfmethoden und -beschreibungen innerhalb von Marabu wurden ebenfalls berücksichtigt und in den neuen Standard integriert. Das Ziel war ein einheitlicher Standard, der über alle Abteilungen hinweg von der Entwicklung und Produktion bis zur Anwendungstechnik verwendet werden konnte. Dieser Standard sollte es ermöglichen, gezielt auf Kundenanforderungen einzugehen und die Eigenschaften der Druckfarben in den einzelnen Produktionsphasen zu verifizieren. Der Entwurf eines solchen Standards sollte anschließend als Vornorm getestet und nach Rückmeldungen angepasst werden.

Das Ergebnis der Arbeit ist ein umfassender Prüfkatalog mit ca. 84 Tests für Sieb- und Tampondruckfarben. Für jeden Test wurde ein Formularentwurf für den Prüfbericht erstellt, um eine einheitliche Datenerfassung zu gewährleisten. Die Ergebnisse der Tests werden in einer Matrix (z.B. in Excel) zusammengefasst, um Anwendungstechnikern und Kundenberatern einen schnellen Überblick über die Beständigkeitseigenschaften der einzelnen Farben zu ermöglichen. Die Matrix dient als Arbeitsmittel zur Auswahl geeigneter Farben für spezielle Anwendungsfälle. Die Prüfberichte bieten zusätzliche detaillierte Informationen. Die Verwendung von DIN- und ISO-Normen, wo verfügbar, verbessert die Vergleichbarkeit mit anderen Herstellern und erhöht die Akzeptanz der Ergebnisse. Die exemplarische Verifizierung des Katalogs und die Ausfüllung der Matrix erfolgte an der Farbsorte Marastar SR.

Durch die Implementierung des neuen Prüfstandards erhalten die Marabuwerke eine verbesserte Datenbasis zur Dokumentation ihres Produktprogramms. Der Prüfkatalog, die Prüfberichte und die Ergebnismatrix bilden ein strukturiertes Gerüst für die Qualitätskontrolle und Kundenberatung. Die Arbeit demonstriert die Anwendbarkeit des Systems. Die vollständige Implementierung für alle Farbsorten ist aufgrund des hohen Zeitaufwands eine Herausforderung. Der Einsatz von Praktikanten könnte hier Abhilfe schaffen. Durch die Anlehnung an DIN-Normen können die Stärken der Marabu-Farben im Vergleich zu Wettbewerbern hervorgehoben werden. Das verbesserte Verständnis der Eigenschaften und Beständigkeiten ermöglicht eine gezieltere Produktentwicklung und Kundenbetreuung, was zu einem Wettbewerbsvorteil führen kann. Die verbesserte Datenbasis ermöglicht eine schnellere und gezieltere Reaktion auf Kundenanfragen und auftretende Beständigkeitsprobleme, die durch die Verwendung ungeeigneter Farben entstehen.