Klassifizierung und chemische Eigenschaften von Siebdruckemulsionen
Die Auswahl der korrekten Fotoemulsion definiert die maximal erreichbare Auflösung (LPI), die Standzeit der Druckform und die Rüstzeiten in der Vorstufe. Emulsionssysteme werden basierend auf ihrer Sensibilisator-Chemie in drei Hauptkategorien unterteilt:
- Diazo
- Dual-Cure
- Photopolymer Emulsionen
1. Diazo-Emulsionen (Zwei-Komponenten-System)
Diazo-Emulsionen basieren auf Polyvinylalkohol (PVOH) und erfordern die manuelle Zugabe eines Diazo-Sensibilisator-Pulvers vor der Anwendung. Die chemische Vernetzung erfolgt durch UV-Licht im Spektralbereich von 365 nm bis 420 nm.
- Reaktionskinetik: Aufgrund der niedrigen Lichtempfindlichkeit des Diazo-Moleküls erfordern diese Systeme Belichtungszeiten von 3 bis 15 Minuten (abhängig von der Lichtquelle).
- Topfzeit (Pot Life): Nach der Aktivierung mit dem Sensibilisator beträgt die chemische Stabilität der Diazo-Emulsion 4 bis 6 Wochen bei 20 °C.
- Festkörpergehalt: Der typische Festkörperanteil liegt bei 28 % bis 32 %, was zu einem starken Volumenschrumpfungsprozess (ca. 70 %) während der Trocknung führt.
2. Dual-Cure-Emulsionen (Hybrid-System)
Dual-Cure-Systeme kombinieren Diazo-Sensibilisatoren mit UV-härtenden Acrylatharzen. Diese Hybrid-Struktur erweitert das Absorptionsspektrum und erhöht die chemische und mechanische Resistenz der ausgehärteten Schablone.
- Auflösungsvermögen: Die verbesserte Vernetzungsdichte ermöglicht die Reproduktion von Linienstärken bis zu 40 µm und Halbtönen bis 85 LPI.
- Belichtungstoleranz: Dual-Cure-Emulsionen bieten einen hohen Belichtungsspielraum (Latitude), wodurch Schwankungen in der Lichtintensität ohne Detailverlust kompensiert werden.
- Anwendung: Aufgrund der Resistenz gegen Lösemittel und UV-Farben ist Dual-Cure der Industriestandard für den grafischen Siebdruck und industriellen Textildruck.
3. SBQ-Photopolymer (Ein-Komponenten-System)
SBQ-Emulsionen (Styryl-Basolium-Quartär) sind vor-sensibilisierte Systeme, die keine Zugabe von Katalysatoren erfordern. Das SBQ-Molekül reagiert hochenergetisch auf UV-Licht, was diese Klasse zur bevorzugten Wahl für Computer-to-Screen (CTS) Anlagen macht.
- Belichtungsgeschwindigkeit: Die Vernetzung erfolgt innerhalb von 2 bis 10 Sekunden (bei 3kW MH-Lichtquelle), was SBQ-Systeme um den Faktor 10 schneller macht als Diazo-Systeme.
- Lagerstabilität: Die Topfzeit beträgt ohne Aktivierung >12 Monate, da keine degradierenden Diazo-Verbindungen enthalten sind.
- EOM-Stabilität: Ein Festkörpergehalt von 40 % bis 50 % reduziert den Schrumpfungseffekt, was den Aufbau hoher EOM-Werte (Emulsion Over Mesh) mit wenigen Beschichtungshüben ermöglicht.
Technische Parameter für die Applikation
Die Qualität der Schablone wird durch physikalische Auftragsparameter definiert, die messbare Standards erfüllen müssen.
Emulsion Over Mesh (EOM)
Der EOM-Wert bezeichnet die Schichtdicke der Emulsion, die über die Gewebefäden hinausragt. Ein technischer EOM-Zielwert von 15 % bis 20 % der Gewebedicke (z. B. 8–12 µm bei einem 43T-Gewebe) ist erforderlich, um einen ausreichenden Dichtungseffekt (Gasket-Effect) gegen das Substrat zu gewährleisten.
Schablonenoberfläche (Rz)
Oberflächenrauheit (Rz-Wert)
Der Rz-Wert misst die Glätte der Schablonenunterseite. Ein Rz-Wert von < 10 µm ist notwendig, um das Unterwandern von Farbe (Saw-Toothing) an den Kanten zu verhindern. Dies wird durch einen zusätzlichen Nass-in-Trocken-Auftrag (Face-Coat) auf der Druckseite erreicht.
Trocknungsklima
Die Restfeuchte in der Emulsionsschicht muss vor der Belichtung auf < 4 % gesenkt werden. Eine Trocknung bei maximal 35 °C und einer relativen Luftfeuchte von < 40 % verhindert die thermische Vorvernetzung (Fogging) und gewährleistet die volle Aushärtung.
Spezialanwendung: Kapillarfilm
Kapillarfilme sind industriell vorgefertigte Emulsionsschichten auf einem Trägerfilm. Sie garantieren eine konstante Schichtdicke mit einer Toleranz von ±2 µm über die gesamte Siebfläche. Kapillarfilme im Dickenbereich von 100 µm bis 700 µm sind der technische Standard für den High-Density-Druck (HD) und den Auftrag leitfähiger Pasten in der Elektronikfertigung.
Vergleichsmatrix: Emulsions-Typen
| Eigenschaft | Diazo | Dual-Cure | SBQ-Photopolymer |
|---|---|---|---|
| Belichtungszeit (Ref.) | Lang (300+ Sek.) | Mittel (60–120 Sek.) | Sehr Kurz (5–20 Sek.) |
| Topfzeit | 4–6 Wochen | 4–8 Wochen | > 12 Monate |
| Auflösung | Niedrig (> 100 µm) | Hoch (ca. 40 µm) | Mittel bis Hoch |
| Festkörpergehalt | 28 – 32 % | 35 – 45 % | 40 – 50 % |
Häufige technische Fragen (FAQ)
Welche Emulsion eignet sich für wasserbasierte Farben ohne Härter?
Für den Druck mit wasserbasierten Medien ohne chemische Nachhärtung sind Dual-Cure-Emulsionen oder spezialisierte wasserresistente SBQ-Systeme erforderlich. Reine Diazo-Emulsionen weisen ohne Härtung eine unzureichende Wasserbeständigkeit auf und neigen zum vorzeitigen Schablonen-Abbau (Breakdown).
Wie beeinflusst Luftfeuchtigkeit die Topfzeit von Diazo-Emulsionen?
Hohe Luftfeuchtigkeit (> 60 %) und Temperaturen über 25 °C beschleunigen die Zersetzung der Diazo-Sensibilisator-Moleküle exponentiell. Unter diesen Bedingungen kann sich die nutzbare Topfzeit von 6 Wochen auf unter 2 Wochen reduzieren.
Warum ist SBQ für hohe EOM-Werte besser geeignet?
SBQ-Systeme besitzen einen hohen Festkörpergehalt (bis 50 %). Dadurch findet beim Trocknen nur ein geringer Volumenschwund statt. Dies ermöglicht den Aufbau dicker Schablonen (hoher EOM) mit weniger Beschichtungshüben im Vergleich zu Diazo-Systemen, die bis zu 70 % ihres Volumens durch Wasserverdunstung verlieren.
