Projekt 17558/01

Verbundsysteme organischer Siebdruckfarben als umweltfreundliche Alternative zum Keramiksiebdruck

Projektträger

SURA Instruments GmbH
Prüssingstr. 27 B
07745 Jena
Telefon: 03641/2049-80

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Keramische Siebdruckfarben zeichnen sich durch eine hohe Abrieb- und Spülmaschinenbeständigkeit aus und werden deshalb in vielen Bereichen der Dekor- und Kennzeichnungstechnik eingesetzt. Der für den Einsatz der Keramikfarben bisher unumgängliche Gehalt an Schwermetallen (zum Beispiel Blei, Cadmium u. a.) stellt deren weitere Verwendung vor zunehmende Probleme, bis hin zu gesetzlichen Festlegungen, insbesondere im Lebensmittelbereich. Deshalb laufen international umfangreiche Ent-wicklungsarbeiten, organische Siebdruckfarben zu einer Qualität zu führen, die an die der Keramikfarben heranreicht. Wie Untersuchungen des Antragstellers gezeigt haben, erweist sich hierfür ein optimiertes Verbundsystem, das von der Oberfläche bis in die Siebdruckfarben hineingreift, als eine unabdingbare Voraussetzung zur Erreichung der beschriebenen Zielstellung. Die Zielsetzung des Vorhabens besteht in der Umsetzung der für andere Einsatzgebiete erarbeiteten umweltfreundlichen Oberflächensilikatisierung als Haftgrund für Korrosions- und Verbundschichten in neuen gerätetechnischen Lösungen für den Einsatz im Druck- und Siebdruckbereich. Die Oberflächensilikatisierung soll als Vorbehandlung für den Einsatz organischer Siebdruckfarben als umweltfreundliche Alternative zum Keramiksiebdruck Anwendung finden. Dazu gilt es, neue Brenner- und Handlingsysteme sowie Precursordosierung in einer größeren Breite modularer Systeme zu entwickeln, um so die Voraussetzung für einen späteren Bau von Entwicklungs- und Produktionsanlagen zu schaffen. Die im Siebdruck eingesetzten Materialien, Glas, Keramik, Metall und Kunststoff, verbunden mit einer großen Formvielfalt und gleichzeitig hohen Stückzahldurchsätzen, lassen sich mit den bisher erarbeiteten Silikatisierungslösungen, die schwerpunktmäßig für den Planarbereich entwickelt wurden, nicht realisieren.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIm Rahmen des Vorhabens ist es notwendig, die Definition und Herstellung des optimalen Oberflächenzustandes des Substratmaterials zu bestimmen. In dieser Aufgabe ist der Alterungszustand, die notwendige chemisch/physikalische Vorbehandlung und die analytische Bewertung dieses Schrittes zu bearbeiten. Auf Basis der daraus gewonnenen Erkenntnisse kann im nächsten Abschnitt eine für den Siebdruck optimale Oberflächensilikatisierung erarbeitet werden, die auf dem Know-how der Pyrosil®technik aufbaut und den eigentlichen Haftgrund darstellt. Darauffolgend ist eine Demonstrationsanlage zur Behandlung von Behältnissen, wie Flaschen, Gläsern und Tuben sowie ebenen Flächen im Dekorationsbereich mit der dazu gehörigen Handhabungs- und Brennertechnik zu entwickeln. Im Ergebnis sind die Voraussetzungen für das Aufskalieren in technische Anlagendimensionen zu schaffen. Im letzten Abschnitt sind Dosiersysteme für die unterschiedlichen Anlagensysteme der Silikatisierungstechnologie zu konstruie-ren, die einen breiten Bereich von Precursorzusätzen gestatten müssen.


Ergebnisse und Diskussion

Es wurden zwei universelle und vielgenutzte Geräte gebaut, die sowohl für planare bzw. 3D-Teile und für Rundkörper einsetzbar sind. Für die zum Einsatz der Pyrosil®technik notwendige Dosierung von Sila-nen entstand ein Demonstrationsmuster (STS 103). Das Gerät zeichnet sich durch hohe Variabilität für ein jeweiliges Einsatzgebiet aus. Außerdem wurde bei der Entwicklung konsequent auf Anforderungen der Industrie für ein späteres Seriengerät geachtet. Im experimentellen Teil des Projektes wurde die Substratvorbehandlung ausgiebig untersucht. Dabei wurden neben thermisch härtenden organischen Siebdrucksystemen auch UV-härtende Siebdruckfarben in die Untersuchungen einbezogen. Die Ergebnisse, die insbesondere in Zusammenarbeit mit einem Kunststoffverarbeiter erzielt wurden, zeigen, dass der Einsatz des Pyrosil®verfahrens zu einer deutlichen Verbesserung der Haftfestigkeit der Siebdruckfarben führt. Gleichzeitig wird die Ausschussquote verringert. Dies ist ein nicht zu unterschätzender wirt-schaftlicher und umweltpolitischer Aspekt.
Die Haftfestigkeit von organischen Siebdrucksystemen auf metallischen Werkstoffen sowie Glasoberflächen konnte erheblich gesteigert werden. Dieses gelang entweder durch den alleinigen Einsatz des Pyrosil®verfahren oder durch eine Kopplung von Oberflächensilikatisierung mit geeigneten Haftvermittlern. Dies wurde mit Hilfe von Verklebungstests, Salzsprühnebeltests und Klimawechseltests bestätigt. Der Trend, immer mehr auf schadstoffarme, umweltfreundlichere, häufig wasserbasierende Beschichtungssysteme zurückzugreifen, stellt an die Substratvorbehandlung neue Herausforderungen. Die Kopplung von Pyrosil®technologie mit anderen geeigneten physikalischen Vorbehandlungstechniken wird als zukunftweisend angesehen.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Das Forschungsprojekt wurde auf der Industriemesse in Hannover im Frühjahr 2002 auf einem Gemeinschaftsstand der DBU vorgestellt. Die Hannovermesse hatte 2002 wieder eine Extrahalle für die Oberflächentechnik bereitgestellt und bot damit ein optimales Forum, um das Verfahren und die noch recht unbekannte Firma vorzustellen.
Das Unternehmen war mit einer Gerätepräsentation Teilnehmer der Woche der Umwelt im Juni 2002 in Berlin und nutzte dort Möglichkeiten zur Kontaktknüpfung und Publizierung seiner Arbeiten.
Außerdem wurde auf den Messen Glastec 2002 in Düsseldorf und European Coating Show 2003 in Nürnberg ausgestellt.
Im Herbst 2005 ist im Zentrum für Umweltkommunikation der DBU in Osnabrück eine Veranstaltung zur Ergebnispräsentation im Rahmen der Veranstaltungsreihe Osnabrücker Umweltgespräche geplant.


Fazit

Die Pyrosil®technik hat in den vergangenen 4 Jahren einen erheblichen Entwicklungsfortschritt getan. Zentrale Felder, in denen die Pyrosil®technik heute angewendet wird, sind thematisch durch das Projekt erschlossen worden. Der Einsatz von UV-Lacken und wasserbasierenden Lacksystemen ist auf dem Vormarsch und wird auch in den kommenden Jahren einen Wachstumsmarkt darstellen. Zur Verbreitung der Technologie arbeitet SURA Instruments mit den wichtigsten deutschen Druckfarbenherstellern (Ma-rabu, Ruco) und Maschinenherstellern zusammen. Von besonderer Bedeutung ist die Firma Isimat Japan. Sie stellt Maschinen für die Lackierung mit UV- und anderen Lacksystemen her. In diesen Maschinen gehört die Pyrosil®technik inzwischen zum Standard.
Bei dem Aufbau von neuer Anlagentechnik wird im Druckbereich nahezu ausnahmslos auf UV-Systeme gesetzt, um VOC-Emissionen zu reduzieren. Keramische Farben werden durch die UV-Technik zurückgedrängt. Möglich wurde dies erst durch die Entwicklung neuer Farbsysteme, deren Festigkeit mit Keramikfarben zu vergleichen ist. Um die Festigkeit auf Glas sicherzustellen, ist der Einsatz der Pyrosil®technik unverzichtbar. So wurden inzwischen Dauerbeständigkeiten mit einer Pyrosil®vorbehandelten und bedruckten Glasoberfläche realisiert, die 2.500 Spülmaschinenzyklen standhalten. Jedoch findet die Pyrosil®technik nicht nur in neuen Anlagen Anwendung, sondern kann auch für ältere Systeme nachgerüstet werden. Die Senkung der Ausschussquote für Massenartikel ist aus Sicht der Ressourcen- bzw. Umweltschonung von immenser Bedeutung.