Der Fachbegriff Trocknung wird im technischen Sprachgebrauch der Druckbranche für alle Vorgänge benutzt, die zu Verfestigung von Druckfarbfilmen führen. Dazu zählen klassische Trocknungsvorgänge, in denen Wasser aus dem Farbfilm entfernt wird, auch das Austreiben anderer Flüssigkeiten, wie Lösemittel oder Mineralöle, wird eingeschlossen. Besonders von der maschinenbaulichen Seite werden auch chemische Vernetzungsvorgänge („UV-Trocknung“) als Trocknung bezeichnet. Die Trocknung ist außer für Druckfarben auch für Toner, Tinten im Digitaldruck, für Lacke und für einen großen Teil der Anstrichfarben ein wichtiger technischer Aspekt. Eine korrekte Kenntnis der verfügbaren Trocknungsverfahren erleichtert es, bei der Planung von Druckobjekten gewünschte Gebrauchseignungen einzustellen, z. B. Scheuerfestigkeit, Blockfreiheit oder sensorische Verträglichkeit.
Verdunsten flüssiger Bestandteile mini|Siedetemperaturen wichtiger Lösemittel und Verdünner in Druckfarben, Mineralölverdünner sind in typischen Bereichen angegeben Ein großer Teil der Druckfarben enthält organische Lösungsmittel. In ihnen sind Bindemittel sowie Additive gelöst und es sind darin feinverteilte (suspendierte) Pigmente enthalten. Die für Druckfarben verwendeten Lösemittel haben Siedetemperaturen zwischen 69 °C (n-Hexan) und 98 °C (Heptan). Sie besitzen eine niedrige Verdunstungswärme, sodass sie leicht flüchtig sind. Ihre Brennbarkeit, Umweltgefährlichkeit und gesundheitsschädliche Wirkungen erfordern besondere Vorsichtsmaßnahmen.
Die Verdunstung der Lösemittel geschieht deutlich unter ihrer Siedetemperatur durch Ablüften, häufig unter milder Heizung. Bei kleineren Anlagen werden die Dämpfe durch Verbrennung entsorgt; bei den großen Anlagen für den Illustrationstiefdruck werden sie mittels Gaswäsche aufgefangen.Helmut Kipphan (Hrsg.): Handbuch der Printmedien, 1. Auflage, Springer, Heidelberg 2000, ISBN 3-540-66941-8, S. 177. Das so zurückgewonnene Toluol wird wieder zur Produktion gleichartiger Druckfarben eingesetzt.
Der Anteil an Lösemitteln im Tief- und im Flexodruck liegt bei etwa 2/3 der Gesamtrezeptur. Das bedeutet, dass die dreifache Schichtdicke von dem übertragen wird, was später als Druck übrig bleibt. Das ist ein Vorteil bei Farben mit sperrigen Pigmenten wie bei z. B. Metallic- und Effektfarben. Bei Farben mit Wasser als Flüssigkomponente beträgt der Wasseranteil etwa die Hälfte. Sie sind besser geeignet für Effektpigmente als die pastösen, hoch viskosen Farben für Offset und Buchdruck, welche 10 – 30 % Verdünner enthalten.R.H. Leach and R.J. Pierce: The Printing Ink Manual, Fifth Edition, Blueprint 1993, ISBN 0-948905-81-6, S. 332.
Die verbleibende Farbmenge liegt in den drei klassischen Druckverfahren Tief-, Flexo- und Offsetdruck bei etwa 1 g/m², die Schichtdicke damit vereinfacht bei 1 µm. Gleichartige Einfärbungen erfordern auch gleichartige Pigmentmengen pro Fläche. Flüssigfarben (= Lösemittelfarben) bieten also Transportvorteile, falls Pigmente nicht problemlos aus der Druckmaschine auf den Bedruckstoff transferierbar sind. Außerdem werden sie in ihren typischen Druckverfahren über weniger Kontaktstellen (z. B. Zylinder-Zylinder) transferiert, was ebenfalls vorteilhaft ist.
Wenn Wasser verdunstet werden soll, ist eine stärkere Erwärmung der Druckoberfläche nötig als bei z. B. Ethylacetat. Dies wird in der Praxis mit Infrarotstrahlen bewirkt, die besonders die dunklen, also stark farbbelegten Partien, erwärmen. Dadurch wird Wasserdampf aus dem Farbfilm ausgetrieben – und schwebt nun quasi darüber. Wenn man ihn schnell abtransportiert, wird auch schnell weiterer Wasserdampf nach oben diffundieren. Diesen Abtransport von Feuchtigkeit bewerkstelligt man üblicherweise mit erwärmter Luft. Sie ist zwar ein schwacher Wärmeträger und -überträger. Aber warme Luft nimmt gierig Feuchtigkeit in sich auf. So ist die Kombination IR-Warmluft zur technischen Standardlösung geworden.
Zum Verdunsten höher siedender Mineralöle im Rollenoffset Heatset wird eine sehr starke Aufheizung der Papierbahn gebraucht. Anfangs benutzte man direkt Flammengase. Inzwischen wird aber Heißluft in ausgeklügelten Mehrkammer-Systemen mit Wärmerückgewinnung eingesetzt, was die Energiebilanz des Heatset dramatisch verbessert hat.Helmut Teschner: Druck & Medien Technik. 12. Auflage. Fellbach 2005, ISBN 3-86522-384-2. S. 652.
Die Heizgase werden bis auf 250 °C erhitzt, die Bahn immerhin um 120 °C. Dadurch wird allerdings das Papier übertrocknet und verzieht sich typischerweise. Trotz aller Gegenmaßnahmen bleibt die Randwelligkeit noch immer das typische Merkmal des Heatset-Druckes, zusammen mit dem Spiegelglanz, den die hochglanzverchromten Kühlwalzen hinter dem Trockner bewirken.
Die Verdunstung flüssiger Bestandteile ist ein rein physikalisch arbeitender Mechanismus, der blitzschnell vonstattengeht. Der Endzustand der Verfestigung ist praktisch schon erreicht, wenn ein Exemplar, die Bahn oder der Bogen aus der Druckmaschine kommt. Mit nur wenigen Einschränkungen sind die Pigmentanordnung (d. h. der Farbton), die Bindemittel und die Verankerung im Bedruckstoff fertig (Scheuerfestigkeit). Lediglich Restlösemittel können noch Langzeitstörungen wie Blocken (Verkleben) oder Gerüche bringen.
Die Trocknung durch Verdunsten ist der typische Trocknungsmechanismus im Tiefdruck, Flexodruck und Tintenstrahldruck. Auch im Siebdruck kann er Verwendung finden.
Wegschlagen flüssiger Bestandteile Auf saugfähigen Bedruckstoffen bietet sich ein Weg an, bei dem die Flüssigkeit nicht verdunsten muss, sondern in den frisch bedruckten Untergrund abgesaugt wird, im Fachjargon „wegschlägt“. Wenn nur der Verdünner aus dem Druck gesaugt wird und Bindemittel und Pigmente oben bleiben, kann der Farbfilm schnell klebfrei werden und sich auch einigermaßen verfestigen. Das Wegschlagen ist ein physikalischer Vorgang, typisch für den Offsetdruck und den alten Buchdruck (Hochdruck). mini|Die Verdünner der Farbe werden in den Bedruckstoff eingesaugt. Bindemittel und Pigmente bleiben auf dem Bedruckstoff Wasser schlägt zuerst weg, falls es zugegen ist, weil es die Poren in Papier und Karton leicht benetzt und aufgrund der niedrigen Viskosität in Sekundenbruchteilen eindringen kann. Wir finden es im Offset als Feuchtmittel und in Dispersionen (wasserbasierte Farben, Lacke, Kleber) als Flüssigträger, also auch z. B. im Dispersionslack am Ende einer Bogenoffset-Druckmaschine. Der Verdünner in den pastösen Farben für Buchdruck und Offsetdruck besteht aus Mineralölen oder Fettsäureestern. Beide sind im Vergleich zum Wasser kaum polar und viskoser (fließen langsamer). Damit dringen sie nicht ganz so schnell in die Poren der Papieroberfläche ein. Einige Sekunden genügen z. B. im Bogenoffset, dass so viel Verdünner den Farbfilm verlassen hat, dass die Hartharze der Bindemittel ausfallen und einen ausreichend klebarmen Film bilden. Wenn der Bogen in die Auslage fällt, verklebt er nicht mit dem darüber fallenden Bogen und färbt dort auch nicht ab („legt nicht ab“). Der Farbfilm schrumpft etwas durch das Wegschlagen. Dabei ordnen sich Pigment- und Bindemittelteilchen um, was u. a. zu Farbtonveränderungen in der ersten halben Stunde nach Druck führen kann. Bei Sonderfarben für Markenartikler kann das wichtig sein.
Im Zeitungsdruck trocknen die Farben rein wegschlagend.R.H. Leach and R.J. Pierce: The Printing Ink Manual, Fifth Edition, Blueprint 1993, ISBN 0-948905-81-6, S. 353. Das geht schnell genug für die enormen Geschwindigkeiten moderner Maschinen, führt allerdings nie zu halbwegs abriebfesten Drucken, weil grobe Poren im ungestrichenen Papier und nur mittelviskose Verdünner (Erdölfraktionen oder auch Pflanzenöle) keine ganz konsequente Trennung von Hartharzen und Verdünnern zulassen.
Bei Lösemittelfarben und im Heatset geschieht auch ein Wegschlagen der Flüssigkeiten in den Bedruckstoff; die Verdunstung lässt allerdings auch diese Anteile verschwinden, so dass sie in der Bilanz nicht extra erscheinen.
Oxidative Verfilmung Vom Leinöl weiß man, dass es an der Luft im Laufe der Zeit an seiner Oberfläche eine Haut bildet. Hier verbrückt der (zweibindige) Sauerstoff der Luft die kettenförmigen Ölmoleküle zu räumlichen Gebilden. Die Moleküle sind Ester aus Glycerin (dreiwertiger Alkohol), das mit drei langkettigen Fettsäuremolekülen verestert ist. Doppelbindungen in den Kohlenstoffketten der Fettsäuren sind reaktiv und können vom Sauerstoff angegriffen werden. Dieser chemische Vorgang wird seit Jahrhunderten in Farben benutzt, um abriebfeste Filme zu bekommen. Wenn Pflanzenöle genügend ungesättigte Fettsäuren für diese Hautbildung aufweisen, werden sie noch heute als „trocknende Öle“ bezeichnet.
mini|Eindringender Sauerstoff verbrückt kettenförmige Bindemittelmoleküle an Doppelbindungen Die oxidative Verfilmung wird in modernen Druckfarben für Bogenoffset und stellenweise sogar Rollenoffset Heatset als Verstärkung der Verfestigung im Farbfilm eingesetzt. Sie wird durch Katalysatoren („Trockenstoffe“, Sikkative) so beschleunigt, dass man statt in mehreren Wochen schon in ein, zwei Tagen einen brauchbar abriebfesten Farbfilm erhält und die Druckbögen z. B. buchbinderisch weiter verarbeiten kann. Die trocknenden Öle, heute meistens in ihrer chemisch veredelten und konditionierten Form als Alkydharze eingesetzt, sind kostengünstig, benetzen Pigmente, halten Bindeharze fein verteilt und helfen einer Offsetfarbe in ihrem Emulgierverhalten („Lithoverhalten“). Auch in Druckfarben ohne oxidative Trocknung werden sie deshalb in großem Umfange eingesetzt.
Ihre zahlreichen Nachteile machen die oxidative Verfilmung zu einem ungeliebten Kind. Die Langsamkeit dieser chemischen Reaktionen ist unter modernen Produktionsanforderungen eine Herausforderung für Entwickler und Anwender. Eine Vielfalt von mittel- und niedermolekularen Spaltprodukten bringt geruchliche Belastungen und stellenweise sogar Beeinträchtigungen der Bogenrückseiten im Stapel. Die radikalisch laufenden Reaktionen lassen sich durch eine Reihe von Risiken verzögern oder gar blockieren.R.H. Leach and R.J. Pierce: The Printing Ink Manual, Fifth Edition, Blueprint 1993, ISBN 0-948905-81-6, S. 9. Dieser Trocknungsmechanismus arbeitet in den meisten Druckfarben, in denen er eingesetzt wird, nur unterstützend, meist kombiniert mit dem Wegschlagen. Offsetfarben für nichtsaugende Bedruckstoffe („Folienfarben“) härten hingegen ausschließlich über oxidative Verfilmung, verlangen vom Drucker dann aber äußerste Aufmerksamkeit und profunde Erfahrung.
Ausfällung hochmolekularer Säuren Wässrig aufgebaute Farben, Lacke und Kleber werden in der Technik als Dispersionen bezeichnet. Ihre Bindemittel bilden feinteilige Emulsionen von Fetttröpfchen in Wasser wie eine Milch. Die Fetttröpfchen bestehen aus fadenförmigen, sehr langen organischen Makromolekülen (bis zu 1 Mio. Monomereinheiten), die an einigen Stellen Säuregruppen enthalten. In neutraler oder saurer, wässriger Umgebung verhalten sie sich wie Wachse. Neutralisiert man jedoch die Säuregruppen mit einer schwachen Lauge wie z. B. Ammoniak NH3, dann genügen diese Anionengruppen (Säurerest COO-), eine Feinverteilung als wässrige Emulsion zu stabilisieren. Dispersionsbindemittel sind also immer leicht alkalisch. Beim Trocknen des Farb- oder Lackfilms verschwindet mit dem Wasser auch das darin gelöste Ammoniak, weil es selbst gasförmig ist. Damit verschwindet auch die Base, die die Lösung leicht alkalisch gemacht hat. Die nun ausgefallene Säureform der Makromoleküle ist wasserabweisend geworden. Der Druck aus der wasserverdünnbaren Farbe ist also wasserfest geworden. Das gilt nur, solange ihn keine Lauge benetzt. Für die praktische Anwendung ist diese Umwandlung in die Fettform ein wesentlicher Vorteil besonders im Verpackungsdruck, aber durchaus auch bei Werbedrucksachen und Publikationen. Anwendungen finden sich im Tief- und Flexodruck mit wässrigen Farben und Lacken.
Verschmelzen (Verfilzen von Makromolekülen)