Wasserloser Offsetdruck

Geschichte

Der Offsetdruck verwendet zwei getrennt wirkende Medien, Druckfarbe und Feuchtmittel. Schon lange gibt es Versuche, das Flachdruckverfahren nur mit der Farbe zu betreiben. Gut ein Jahrhundert nach der Erfindung des Flachdruckes selbst durch A. Senefelder (München 1798) experimentierte der große Pionier Caspar Hermann zwischen 1926 und 1931 in Wien und Leipzig damit, ein Flachdruckverfahren ohne Feuchtmittel zu entwickeln. Er versuchte es durch komplizierte Modifikationen an der Farbe. Anders ging Heinrich Renck vor: Er entwickelte 1930 in Hamburg eine erste spezielle Druckplatte für den Druck ohne Feuchtmittel.

Kommerziell begann der wasserlose Offsetdruck in den 1970er Jahren unter der Bezeichning Driographie. Die Firma 3M entwickelte, patentierte und verkaufte eine Platte, verließ den Pfad aber bald wieder nach großen technischen Schwierigkeiten in der praktischen Umsetzung des Verfahrens. Die japanische Firma Toray Industries kaufte die Rechte, lieferte Druckplatten und unterstützte jahrzehntelang weltweit die kommerzielle Verbreitung und technische Weiterentwicklung dieser Flachdruckvariante.

Die Patente schützten Toray und hinderten Wettbewerber. Sie behinderten damit auch über viele Jahre eine stärkere Verbreitung des Verfahrens. Immerhin eroberte der wasserlose Offset große Anteile des Flachdrucks in Japan.

In Deutschland unterstützte die Firma Marks-3zet als Anbieter von Toray-Platten in Deutschland mit großem Einsatz eine mühsame und langsame Verbreitung. Mit Positiv- und Negativplatten wurde versucht, den Nassoffset praktisch 1:1 abzulösen. Einige Drucker übernahmen die Technik und leisteten beispielhafte Pionierarbeit.

Seit dem Auslaufen des Toray-Patents vor wenigen Jahren kommen andere Plattenhersteller auf den Markt, die eigene Entwicklungen für besondere Marktnischen anbieten. Ein Beispiel ist Presstek mit Wasserlos-Platten für DI-Maschinen: DI ist ein eingetragenes Warenzeichen von Presstek, bedeutet „direct imaging“ und wurde erstmals 1991 in Verbindung mit der GTO-DI von Heidelberger Druckmaschinen verwendet. DI-Maschinen sind Offset-Druckmaschinen, die die Platten innerhalb der Maschine bebildern (On-Press-Imaging, Computer-to-Press). Parallel dazu begann die Koenig & Bauer AG in Deutschland, neue Maschinenkonzepte zu entwickeln und anzubieten. Damit aktivierte sie Lieferanten von Druckplatten und Farben, die Entwicklung ihrer Wasserlos-Produkte ebenfalls voranzutreiben.

Im Zeitungsdruck setzte die Badische Zeitung als erstes diese Druckverfahren ein und gewann 2008 mit der hohen Druckqualität den Preis für den weltweit besten Zeitungsdruck.

Druckprinzip und Plattenaufbau

Beim wasserlosen Offsetdruck handelt es sich um ein Flachdruckverfahren mit indirektem Farbauftrag. Im Flachdruck lassen sich die druckenden (farbführenden) Stellen der Druckplatte mit Farbe benetzen, die bildfreien (nichtdruckenden) dagegen nicht. Benetzungsvorgänge werden mit Hilfe von Oberflächen- und Grenzflächenspannungen beschrieben. Hier bedeutet in vereinfachter Darstellung, dass die druckenden Stellen auf der Platte (Oberflächenspannung etwa 35 mN/m) sich wegen ihrer hohen Oberflächenspannung mit Farbe (Oberflächenspannung tiefer, etwa 30 mN/m) bedecken lassen. Die nichtdruckenden Flächen sind mit Silikon beschichtet und lassen sich wegen dessen geringer Oberflächenspannung (etwa 20 mN/m) nicht mit Farbe benetzen. Bei den aktuell auf dem Markt anzutreffenden Fabrikaten liegen die farbführenden Stellen (meist eine Polymerschicht) direkt auf dem Trägermaterial (Aluminium oder Polyester) und die bildfreien auf einer darauf aufgebrachten, ca. 2 µm dünnen Silikonschicht.

Je nach Marktprodukt unterscheiden sich die Trägermaterialien und eventuelle weitere Schichten zum Oberflächenschutz oder zur Aktivierung von Bebilderungsvorgängen.

Die Bebilderung der Platten kann fotomechanisch mit anschließender Entwicklung erfolgen durch Verfestigen (Positivkopie) der Silikonschicht oder durch Ablösen (Negativkopie). Sie kann auch durch Funkenerosion (veraltet, frühere DI-Technik) oder thermische Ablation (Abtragung) über Laserstrahlen (IR-Laser) ausgeführt werden (beide negativ). Im zweiten Fall ist sie Teil der modernen CtP-Arbeitsabläufe (Computer to Plate, Direktbelichtung aus Daten). Dabei gehört die thermische Ablation zu den zurzeit am schärfsten zeichnenden Bebilderungstechniken, was sie besonders für die modernen Feinraster prädestiniert, sei es als periodisch (AM, amplitudenmoduliert) oder nichtperiodisch (FM, frequenzmoduliert) aufgebaute.

Im typischen Fall bieten die Auftragwalzen der Plattenoberfläche eine 6 bis 8 µm dicke Schicht von Druckfarbe an. Eine Farbschicht von 3 bis 4 µm Dicke bleibt auf den Bildstellen haften. Dabei werden die Druckflächen sehr randscharf und präzise eingefärbt, eine der großen Stärken des wasserlosen Offsetdruckes. Eine verfahrenstypische Tonwertzunahme wie beim „Nassoffset“ (Überfärbung der druckenden Flächen in die bildfreien hinein) ist nicht bekannt, also nicht vorhanden oder ganz gering. Damit kann sie auch nicht schwanken, und im Vergleich zum Nassoffset steigt damit auch die Auflagenkonstanz der Rasterpunktgrößen, ebenfalls ein Vorteil. Nur die Farbe wird auf die Platte aufgebracht: Innerhalb weniger Umrollungen ist das Druckbild stabilisiert. Es tritt wenig Anfahrmakulatur auf.

Der wasserlose Flachdruckprozess funktioniert nach aktuellem Verständnis dadurch, dass Silikon mit einer niedrigen Oberflächenspannung die Benetzung durch Farbe abwehrt, Differenz zwischen dem Silikon und der druckenden Fläche allerdings nur bei 15 mN/m. Nach allgemeinem Konsens sollte eine benetzende Flüssigkeit (hier die Farbe) eine niedrigere Oberflächenspannung aufweisen als der zu benetzende Feststoff (hier die Platte). Die Grenzflächenspannungen (zwischen der Farbe und den jeweiligen Flächen, druckend oder bildfrei) sind sehr schwer bestimmbar, werden hier vereinfachend als Einflussgrößen vernachlässigt (das bedeutet, als konstant bleibend behandelt). Die Oberflächenspannung der Farbe (hier die Spannung der Oberfläche gegen Luft) sinkt mit der Erwärmung stärker als die des verwendeten Silikons. Schon bei recht milden Temperaturen, schon ab 32 °C, kann deshalb stellenweise Farbe über das Silikon weitergegeben werden. Dann „tont“ die Platte punktförmig oder gar flächig. Aus diesem Grunde muss im wasserlosen Offsetdruck die Druckplatte (mindestens sie, wenn nicht auch noch Farbwalzen) gekühlt werden. Je mehr Energie in die Maschine eingetragen wird (Laufgeschwindigkeit, Laufdauer), desto stärker treten Tonprobleme auf und desto wirkungsvoller müssen Platte und Walzen gekühlt werden.

Druckmaschinen

In den Pionierjahren des wasserlosen Offsetdruckes, die bis in die 1990er Jahre reichten, wurden alte oder immer häufiger auch neue Druckmaschinen verwendet. Nicht immer wurde das Feuchtwerk ganz ausgebaut oder weggelassen, sondern eher eine Plattenkühlung organisiert, beispielsweise mit Blasluft. Erst mit dem Bau der GTO DI der Heidelberger Druckmaschinen AG gab es eine konzeptionell wasserlos arbeitende Bogenoffsetdruckmaschine. Andere Maschinenhersteller zogen bald nach. Dennoch blieb die DI-Technik eine Nische, wenn auch für viele Hersteller eine kommerziell interessante.

Bei den Bogendruckmaschinen für konventionellen Offsetdruck finden sich immer häufiger Temperieranlagen für die Verreiberwalzen, weil in mittleren und großen Auflagen eine immer gleichmäßigere Qualität gefordert wird, die bei Klimaschwankungen nicht haltbar ist. Das begünstigt dann auch das junge Schwesterverfahren. Im Bogenoffset, beginnend mit kleineren Formaten und immer weiter steigend, brachte Koenig & Bauer mit den Modellen Genius und Karat auf den Markt, die rein wasserlos arbeiten.

Zusätzlich zum wasserlosen Offset beinhaltet das Konzept von KoeBau eine weitere Neuerung: die Kurzfarbwerke. Die Farbe wird über ein Kammerrakel und eine Rasterwalze auf die Druckplatte aufgebracht. Das vereinfacht den Maschinenbau, weil der lange Walzenstuhl und die seitliche Zonenregelung wegfallen. In dieser Richtung sind weitere Entwicklungsschritte möglich. Ein ähnliches Konzept wurde bei „schnell drehenden“ Zeitungsdruckmaschinen im Rollenoffset mit der KBA Cortina verwirklicht.

Druckfarben

Noch bis in die 1980er Jahre entwickelten Farbhersteller auch für den wasserlosen Offset Farben aus den ihnen bislang vertrauten Rohstoffen. Es gab Farben, die in beiden Verfahren verdruckbar waren. Aber die Tonungsgefahr bei erhöhter Temperatur ließ im Wasserlosen nur sehr viskose, fast kittartige und hochzügige (klebrige) Farben zu. Man kann an pastösen Farben die Oberflächenspannungen selbst nur ganz schwer messen. Die mit steigender Temperatur sinkende Viskosität nahm man allerdings wahr. Also haben die Farbenentwickler probiert – und gemerkt, dass die Tongefahr mit hohem Viskositäten abgemildert werden konnte. Die waren aber unangenehm zu verarbeiten, weil sie schwer zu spachteln waren und stark rupften (Fasern aus dem Papier rissen). In Japan wurden deshalb zeitweise unterschiedliche Einstellungen für kalte (Tagesbeginn) und warmgelaufene Maschinen angeboten. In einem ersten Schritt mit neuen Rohstoffen wurde versucht, durch einige Prozent bestimmter Silikonöle das Tonproblem zu lösen. In weitem Umfange wird das heute noch praktiziert. Es ist aber nur ein Teilerfolg, weil die Wirkung doch nicht so einwandfrei ist, dass irgendeine Offsetfarbe problemlos wasserlos verdruckbar wird. Und ein Recycling silikonhaltiger Farbreste ist mit konventionellen Farben nach heutigem Stand der Technik nicht möglich.

Allgemein fehlt den Farben für den wasserlosen Offset auch heute noch die Menge, ein gewisser Massenstrom, der Ansatzgrößen mit Sonderpigmenten und Wiedereinarbeiten wirtschaftlich macht. Auch eine Diversifikation in Allround-, Glanz-, Scheuerfest-, Lebensmittelverpackungsfarben und ähnliche Spezialitäten kann sich mit dem Markt erst entwickeln, ist also noch nicht verfügbar.

Die Farbentwicklung mit konventionell aufgebauten Bindemitteln zeigt schon gute Erfolge, weil Harze und Bindemittel mit stärkerer Polarität (Chemie) (Säurezahl), eingesetzt werden können als im Nassoffset mit seiner Emulgiergefahr. Eine sehr hoffnungsvolle Richtung, in Deutschland von Sun Chemical Hartmann und Kast & Ehinger einst betrieben, ist derzeit leider aufs Eis gelegt: ganz polar aufgebaute Farben, die sich mit Wasser mischen oder wenigstens abwaschen lassen. Zu schnelle und zu schwer kontrollierbare Trocknungsvorgänge und damit sprunghaft steigende Viskositäten waren bisher nicht überwindbar. Das Konzept ist aber sehr vielversprechend, weil die Oberflächenspannung solcher Farben hoch sein kann (über 40 mN/m) und gerade ihr stark polarer Charakter einen guten Puffer gegen Tonerscheinungen geben sollte.

Noch einen Unterschied gibt es zwischen den Farben für die beiden Flachdruckvarianten: Im Nassoffset wird ein sehr niedrig zügiges Emulgat (tröpfchenweise Verteilung von wässrigem Feuchtmittel in öliger Druckfarbe) verdruckt, im wasserlosen eine reine Farbe. Damit entfällt der Zügigkeitssprung vom Emulgat zur Farbe, der im Nassoffset die Farbannahme nass-in-nass in Mehrfarbmaschinen ermöglicht. Die Farben des wasserlosen Offsets müssen im Vierfarbendruck wieder abgestufte Zügigkeiten aufweisen – wie die des alten Buchdrucks.

Typische Anwendungen

Hochwertige Bilderdrucke, speziell mit nichtperiodischen Feinrastern, lassen die Vorteile dieser Rasterverfahren am besten bei sauberer Feinzeichnung (hoher Auflösung (Fotografie), niedriger Tonwertzunahme) herauskommen. Im wasserlosen Druck wird praktisch auf bauähnlichen Maschinen gedruckt wie konventionelle Offsetprodukte, nur ohne Feuchtwerke und Anlagen zur Wasseraufbereitung. Anwendungen sind hochwertige Werbedrucke, Kataloge, Bildbände und zunehmend der rotative Zeitungsdruck im hochqualitativen Bereich. Die Verbreitung bietet den Hybrid-Druckhäusern, also den vermischten Anforderungen von Zeitungs-und Akzidenzproduktionen qualitative Alleinstellungen.

Auf den vielen verschiedenen DI- (direct imaging) Maschinen werden vorzugsweise kleine Auflagen von Akzidenzen (Werbedrucke) gedruckt. Es gibt also hauptsächlich Skalendrucke (Vierfarbendrucke) ohne Lack, bevorzugt auf Papier.

Die nächste interessante Nische sind Kunststoffmaterialien. Auf CDs und DVDs, Scheckkarten und Plastiketiketten (Kosmetik) werden meistens UV-härtende Farben gedruckt. Die Farben haften gut und sind nach dem Druck sofort verarbeitbar. Keine Feuchtmittelreste stören auf der glatten Oberfläche. In diesem Bereich haben sich ganz speziell konstruierte Druckmaschinen etabliert (Metronic Genius, CD Print).

Vergleich der beiden Flachdruckvarianten

Vorteile

• Qualitätsvorteile, da kein Papierquellen ohne das Feuchtmittel entsteht. Daher weniger Passerprobleme und bessere Verdruckbarkeit von Breitbahnen
• Gesteigerter Qualitätseindruck durch glatte Haptik des Papiers, ohne aufgestellte Papierfasern
• geringe Anfahrmakulatur (Zehn Bogen anstelle von 200), dadurch hohe Papierkosteneinsparung
• keine Kompensationssysteme wie Farbzonenvoreinstellung und Fan-Out-Korrektur erforderlich
• präziserer Ausdruck der Rasterpunkte, bessere Feinzeichnung, geringere Tonwertzunahme, dadurch Eignung für besonders feine Raster (max. 300 Linien/cm anstelle der 120 im Nassoffset), besonders auch für FM-Raster, auch bessere Wiedergabe der pixelfeinen Rasterpunkte periodischer Raster
• feine Negativschriften in Volltonflächen bleiben besser offen
• einfacherer Maschinenbau ohne Feuchtwerke; dadurch kompakte und leisere Maschinen, die kleinere Räume erfordern
• geringere Investitionen ohne Aufbereitung und Kontrolle und Entsorgung des Feuchtmittels (Umweltschutz)
• dickere Farbschichten sind übertragbar, nützlich für die hoch pigmentierten HiFi-Skalen
• geringerer Wartungs- und Reinigungsaufwand für die Druckmaschinen
• keine Korrosion von Stahlteilen mehr ohne das saure Feuchtmittel
• deutlich reduzierte Staubbelastung, da ohne Puder gedruckt wird
• keine Emissionsprobleme, weil gar kein Isopropanol zur Debatte steht
• bessere Konstanz der im Raster zusammen gedruckten Farben über die Auflage
• hohe Prozess-Stabilität durch weniger tückische Fehlerquellen, besonders für die Farbentrocknung
• keine Korrosion von Metallfarben, wie bei Offsetsilber, mehr möglich

Nachteile

• Plattenpreise sind wegen des relativ geringen Marktvolumens noch vergleichsweise hoch
• Druckfarben sind teurer, weil sie noch keine Massenprodukte sind, was sich durch weniger Farbverbrauch relativiert (180% Gesamtfarbauftrag)
• Druckprozess ist allgemein relativ temperaturempfindlich
• Platten sind noch immer etwas kratzempfindlich
• Platten sind nach der Entwicklung schwer zu korrigieren
• Kühlung der Maschine durch verdunstendes Feuchtmittel fehlt; externe Temperierung notwendig
• Es sind spezifische hochzügige Farben nötig
• Farbannahme nass-in-nass (im Vierfarbdruck) trotz Abstufung der Zügigkeiten schwächer
• kein Abtransport mehr von ausgerupften Papierfasern durch zurück spaltendes Feuchtmittel, mehr Butzen (seltene spezielle Druckstörung)

Literatur

Viele gängige Veröffentlichungen sind kommerzieller Machart und sollten kritisch sachlich gelesen werden. Selbst an Hochschulen wird viel von diesem Werbematerial mit wenig Kritik verwendet. Das liegt hauptsächlich am zu geringen Interesse am wasserlosen Offsetdruck.

• Journal für Druckgeschichte. In: Deutscher Drucker. Nr. 29, 2003, ISSN 0012-1096, S. 35.

• Die Tonwertzunahme. In: Deutscher Drucker. Nr. 30, 2006, ISSN 0012-1096, S. 26.

• R. H. Leach, R. J. Pierce: The Printing Ink Manual. 5. Auflage. Springer Verlag, 2007, ISBN 978-0-948905-81-0, S. 384.

• Helmut Teschner: Offsetdrucktechnik : Informationsverarbeitung, Technologien und Werkstoffe in der Druckindustrie. Fachschriften-Verlag, Fellbach 1997, ISBN 3-921217-14-8.

• Helmut Kipphan: Handbuch der Printmedien. 1. Auflage. Springer Verlag, Heidelberg 2000, ISBN 3-540-66941-8, S. 369.

• Firmenpublikation KBA Process No. 2, 2005

• Bernd Th. Grande: Vorlesungsskript zum Wasserlosen Offsetdruck pdf-Datei