25. Oktober 2020

Low-Migration-Aufträge konform und belegbar fertigen

Was benötigt ein Etikettendrucker für die Fertigung von Low Migration Aufträgen mit UV-Inkjet-Farben nach „Guter Herstellpraxis“, d.h. GMP-konform? Die Antwort darauf gab der Druckmaschinenhersteller Gallus während eines Open Days im Februar dieses Jahr. Vorgestellt wurde eine Gallus Labelfire mit umfassender Ausstattung für Low Migration Aufträge sowie eine neue UV-Farbengeneration von Heidelberg, die mit ihren migrationsoptimierten Eigenschaften die Praxistests besteht.

Es gibt zahlreiche Faktoren, die Einfluss auf das Migrationsverhalten von bedrucktem Etikettenmaterial haben. Eine geringfügige Migration von Stoffen daraus lässt sich nie ganz vermeiden. Jedoch muss sichergestellt sein, dass die engen Toleranzen der Migrationswerte nicht überschritten werden. Und auch wenn ein Etikettendrucker bei der Produktion des Etikettenmaterials alle Parameter gemäß „Guter Herstellpraxis“ (engl. Good Manufacturing Practise, kurz GMP) eingehalten hat, kann es vorkommen, dass der Migrationstest des Lebensmittelherstellers Werte über den tolerierbaren Werten aufzeigt. Das kann viele Gründe haben, beispielsweise nehmen Lagerdauer oder der Lagertemperatur Einfluss auf das Migrationsverhalten. Wichtig für den Drucker in solch einer Situation ist es, nachweisen zu können, dass in der Etikettenfertigung alle Prozessschritte GMP-konform waren (lesen Sie dazu auch den Artikel Low Migration als Disziplin.)

Technische Lösung mit Dokumentation

Als Lösung für solche Herausforderungen an Etikettendrucker stellte Gallus im Print Media Center Label in St. Gallen eine Labelfire mit einem neu entwickelten zweistufigen Trocknungssystem vor. Die Neuerung besteht in der Trocknungseinheit selbst sowie einem zusätzlichen Booster. Beide befinden sich in der Mitte des hybriden Drucksystems, das aus konventionellen UV-Flexodruckwerken und einer Digitalen UV-Inkjet Druckeinheit (DPU) mit max. 8 Farben besteht. Die neue Trocknungseinheit und der Booster sorgen für eine außergewöhnliche Leistungsfähigkeit im Trocknungsprozess. Zudem werden die relevanten Parameter für den Aushärtungsprozess während der Produktion von beiden Einheiten konsequent aufgezeichnet. Zusammen mit der Prinect Druckvorstufe und einer neuen UV-Inkjet-Farbserie wird daraus ein Gesamtpaket, das das Migrationsrisiko von Farbbestandteilen aus dem Etikett in eine Verpackung entscheidend senkt.

Migrationsarm oder migrationsoptimiert?
Oftmals wird „migrationsarm“ bzw. „low migration“ als Bezeichnung verwendet, um hervorzuheben, dass es sich um ein Farbsystem mit besonders geringer Migrationsneigung handelt. In diesem Artikel werden stattdessen die Begriffe „migrationsoptimiert“ bzw. „migration optimized“ verwendet, die diesen Sachverhalt treffender bezeichnen.

Anforderungen an Low Migration UV-Inkjet-Farben

Für alle Low Migration (LM) Farben besteht die Vorgabe, dass nur gelistete Stoffe mit einem Migrationsverhalten unterhalb der spezifizierten Grenzen in der Produktion eingesetzt werden dürfen. UV-Inkjet-Farben stellen eine zusätzliche Herausforderung an die Farbrezeptur, da sich die Anforderungen an eine gute Jet-Fähigkeit einerseits und eine möglichst geringe Migration andererseits widersprechen. Als gut jettbar wird eine Inkjetfarbe bezeichnet, wenn sie die einzelnen Stoffe in den Tröpfchen bei höchster Druckgeschwindigkeit präzise und mit gleicher Konsistenz auf den Bedruckstoff überträgt. Dazu müssen die Farbbestandteile so fein gemahlen werden bzw. so klein sein, dass sie sicher durch die feinen Düsen der Digital-Druckköpfe passen. Für migrationsoptimierte Farben wären hingegen längerkettige Moleküle besser geeignet, da sie durch ihre längere Struktur weniger beweglich sind. Für die feinen Rastermotive im Etikettendruck werden Druckköpfe mit einer nativen Auflösung von 1.200 dpi und einer Tröpfengröße von 2 pl eingesetzt, so auch bei der Gallus Labelfire 340. Solch feine Düsen schränken durch die geschilderten Anforderungen die Rohstoffauswahl für LM UV-Inkjet-Farben ein.

Die dritte Farbgeneration

„Heidelberg konnte mit der Formulierung der dritten Generation von UV-Farben das Migrationsverhalten weiter reduzieren“, so stellte Martin Leonhard, Leiter Business Development bei der Gallus Ferd. Rüesch AG, die neue UV LM Farbserie vor und ergänzte: „Dies gelang durch die Rohstoffauswahl und die Reinheit der Rohstoffe, die den Anforderungen von Swiss Ordinance, der Reach-Verordung, der Nestlé Guidance als auch den GMP Vorgaben entsprechen. Die Farbserie selbst besitzt eine sehr niedrige Viskosität, abgestimmt auf die Feinheit der Düsen. Trotz einer begrenzten Auswahl an konformen Photoinitiatoren für diesen Viskositätsbereich gelang es der Heidelberger Druckmaschinen AG (Heidelberg), dies in eine migrationsoptimierte Lösung umzusetzen.“

„Heidelberg konnte mit der Formulierung der dritten Generation von UV-Farben das Migrationsverhalten im UV-Inkjetdruck weiter reduzieren“

Martin Leonhard, Leiter Business Development, Gallus Ferd. Rüesch AG.
Die migrationsoptimierte UV-Inkjet-Farbserie UVLM entspricht den Anforderungen der Swiss Ordinance, EuPIA, Nestlé Guidance und der Guten Herstellpraxis. Quelle: Gallus Ferd. Rüesch AG

Trocknung unter Inert-Bedingungen

Die Leistungsfähigkeit des neuen Trocknungssystems der Gallus Labelfire wurde gegenüber der bisherigen Version deutlich erhöht. Es besteht aus zwei inerten Härtungssystemen, die jeweils eine Leistung von 238 W besitzen und wassergekühlt sind. Das Besondere dieser Trocknungseinheit ist die Aushärtung unter Ausschluss von Sauerstoff in den beiden Inertkammern, indem der Sauerstoff durch Stickstoff verdrängt wird. Dies steigert in der Folge die Härtungsleistung und die Reaktivität der Photoinitiatoren. „Über UV-Sensoren wird im Betrieb nicht nur die Leistung der UV-Strahler permanent gemessen, die Sensoren erfassen auch den Sauerstoffgehalt in den beiden Inert-Kammern. So werden Fehlfunktionen ausgeschlossen und die Produktionsdokumentation kann auf eine lückenlose Aufzeichnung aller Trocknungsparameter zurückgreifen“, stellte Martin Leonhard die Vorteile der neuen Trocknungseinheit für den Druck von migrationsoptimierten Farben heraus.

Leonhard ging in seinem Vortrag auch auf die speziellen Anforderungen von saugenden Bedruckstoffen ein. Wenn Papiersubstrate oder Karton eingesetzt werden, sei es notwendig, einen wasserbasierten Primer vorzudrucken, der verhindert, dass UV-Farbe in die Substratoberfläche eindringt. Weiter erläuterte er: „Würden UV-Farben ins Substrat wegschlagen können, würde sich das Verhältnis von Monomeren, Oligomeren und Fotoinitiatoren an der Oberfläche zueinander verändern, was zu unvernetzten Inhaltsstoffen führen könnte. Bleibt die UV-Farbe an der Oberfläche des Bedruckstoffes, wird sie durch die hohe Leistung der Trockner vernetzt.“ Zu beachten ist, dass auch der eingesetzte Primer, wie alle Roh- und Hilfsstoffe, den Anforderungen an migrationsoptimierte Produkte genügen muss.

Die neue Trocknungseinheit besitzt zwei Inertkammern und ist mit UV- und Sauerstoff-Sensoren bestückt. Quelle: Gallus Ferd. Rüesch AG

Die Versorgung der Trocknungskammern mit Stickstoff erfolgt über das Adsorptionsprinzip mit einem Kohlenstoff-Molekularsieb. Der Adsorptionsprozess trennt die Stickstoffmoleküle der angesaugten Umgebungsluft von den Sauerstoffmolekülen bzw. Edelgasen und stellt eine kontinuierliche Stickstoffproduktion bei einer gewünschten Reinheit von bis zu 99,99 Prozent sicher.

Booster für die Trocknung bei höheren Geschwindigkeiten

Zusätzlich zu der Trockeneinheit steht ein Booster für die Aushärtung der UV-Inkjet-Farben zur Verfügung, der für Druckgeschwindigkeiten über 35 m/min die Trocknungsleistung verstärkt. „Der Booster verfügt über vier Strahler mit jeweils 140W/cm2 Trockenleistung, die die völlige Durchhärtung der UV-Inkjet-Farben auch bei maximaler Produktionsgeschwindigkeit sicherstellen. Auch diese Strahler sind jeweils mit Sensoren ausgestattet, die die Funktion überwachen und aufzeichnen, so dass auch dieser Verarbeitungsschritt dokumentiert und nachweisbar ist“, veranschaulichte Leonhard den zweiten Teil des neuen Trocknungssystems.

Bei Druckgeschwindigkeiten über 35 m/min wird die Trocknungseinheit zusätzlich durch einen Booster mit vier Strahlern unterstützt. Quelle: Gallus Ferd. Rüesch AG

Prinect Druckvorstufe

Unterstützung im Bemühen um geringste Migrationswerte kommt auch von der Druckvorstufe. Über den Produktionsworkflow Prinect kann in der Vorstufe in den Farbaufbau der Druckaufträge eingegriffen werden, mit der Vorgabe die Farbschichtdicke zu reduzieren. So wird ein unnötig dicker Farbfilm vermieden und das Migrationspotential gesenkt. Als Beispiel führte Leonhard die Reduzierung der Farbdeckung für den gleichen Pantone Farbwert von 280 Prozent (C=100%, M=100%, Y= 80%) auf 220% (C=80%, M=60%, O=40%; Y= 40%) durch die Nutzung von Gamut-Extendern an, das ergibt insgesamt eine Reduktion um ca. 21 Prozent.

Migrationstests

Migrationstests oder Modellberechnungen sind eine Absicherung für den Hersteller, um zu belegen, dass das gelieferte Material der Spezifikation entspricht. Druckereien wenden sich dafür an darauf spezialisierte Labore, die mit festgelegten Simulanzien unter definierten Testbedingungen Migrationstests durchführen.

Christoph Losher von der Fabes Forschungs-GmbH stellte während des Open Days eine Apparatur vor, die Fabes in Zusammenarbeit mit der Firma Gaßner Glastechnik für Migrationstests entwickelt hat. Für den Test selbst wird eine bedruckte Folie mit dem Druckbild nach unten in die MigraCell® Apparatur eingespannt und im oberen Teil das Lebensmittel-Simulans eingefüllt. Nach einer definierten Zeit des Stoffübergangs wird das Simulans in einem Gaschromatographen analysiert. Hier ist es für das Institut wichtig zu wissen, nach welchen Substanzen zu suchen ist. Für Druckfarben sind sie in den „Statements of Composition“ der Druckfarbe angegeben. Bei dem Ergebnis der GC-Analyse ist zu beachten, dass sich eine Aussage daraus nur auf das untersuchte Muster bezieht unter den dafür definierten Testbedingungen.

Der Stickstoff wird nach dem Adsorptionsprinzip gewonnen, indem die Stickstoffmoleküle von den Sauerstoffmolekülen getrennt werden. Quelle: Gallus Ferd. Rüesch AG

Damit sich Etikettendrucker von der Praxistauglichkeit der Gallus Labelfire mit Low Migration Ausstattung ein eigenes Bild machen können, haben sie die Möglichkeit, in den Democentern in St. Gallen in der Schweiz und in Wiesloch in Deutschland Aufträge aus dem Tagesgeschäft nach eigenen Kriterien testen und die Ergebnisse bei Fachlaboren überprüfen zu lassen.

GMP-konforme Fertigungsweise im Praxistest

Die Etikettenfertigung nach Guter Herstellpraxis ist ein komplexes Thema, das hohe Anforderungen an die Etikettenproduktion stellt. Durch den Einsatz der Gallus Labelfire in der Tabakindustrie setzte sich Gallus schon früh mit höchsten Anforderungen an Drucktechnik und Sensorik bei Inkjet-Farben auseinander und entwickelte für beides Lösungen für die Praxis. Auf diese Erfahrungen aufbauend hat Gallus das Wissen für die Weiterentwicklung der digitalen bzw. hybriden Drucksysteme auf die Anforderungen der „Guten Herstellpraxis“ zugeschnitten. Die Ergänzung der Labelfire mit innovativer Trocknungseinheit plus Booster ist eine für die Praxis entwickelte Lösung, die Etikettendrucker bei ihrer GMP-konformen Fertigungsweise im Tagesgeschäft unterstützt. Mit dieser Lösung wird das sehr komplexe Thema „Gute Herstellpraxis“ in der täglichen Praxis für Druckunternehmen im Etiketten- und schmalbahnigen Verpackungsbereich wesentlich einfacher beherrschbar und gut umsetzbar.

Dieter Finna

Dieter Finna ist Druckingenieur und berät als freier Consultant (www.pack-consult.org) Unternehmen in der Wertschöpfungskette “Verpackungsdruck”. In über 25 Jahren Tätigkeit auf internationaler Ebene hat er verschiedenste Projekte im Verpackungsdruck erfolgreich abgeschlossen und verfügt über ein im Verpackungsdruck anerkanntes Netzwerk kompetenter Kollegen der Branche.

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