Emulsão
Tecnologia de para Serigrafia Baseada em
SBQ
Dr. Roland Studenroth, KISSEL + WOLF GmbH
No decorrer dos anos 80, uma nova tecnologia do Japão apontou seu rumo para o mercado de serigrafia. Esta foi a tecnologia de emulsões de componentes separados baseada em SBQ. A abreviação SBQ é derivada do nome do produto "Stilbenium quarternized", significando especificamente que se trata de um grupo estilbeno sensível à luz ultravioleta (UV), quimicamente é solúvel em água, quimicamente aglutinado ao álcool polivinílico (PVA) contido nas emulsões (veja a Figura 1), de maneira que a sensibilização à luz de um segundo componente, como o diazo, não é mais necessária. Por ser um produto de componente único, a tecnologia de emulsão SBQ viveu inicialmente um boom, mas também contribuiu simultaneamente para o aperfeiçoamento da tecnologia do diazo de polimerização dupla alternativa. Hoje, ambas as tecnologias estão firmemente estabelecidas no mercado e complementam-se mutuamente, ou seja, existe uma tecnologia de polimerização dupla também encontrada nos produtos sensibilizados por SBQ e para alcançar propriedades específicas, as emulsões SBQ podem ser misturadas adicionalmente aos compostos diazo. Conforme mencionado acima, a tecnologia SBQ teve origem no Japão 1), como um desenvolvimento da medicina, na Universidade de Tóquio. O objetivo era criar uma substância biocompatível (SBQPVA), onde você pode obter uma reação de reticulação ultravioleta (UV) para criar redes de diferentes densidades com o objetivo de incluir ou imobilizar substâncias bioativas2,3). Existem muitas
aplicações em potencial, tais como em biosensores (medição do nível de glicose do sangue) 4) e abandono do vício do fumo5). No decorrer destes desenvolvimentos da medicina, foi descoberto que a reticulação rápida do SBQPVA solúvel em água e consequentemente a insolubilidade na exposição à luz ultravioleta (UV), também foi adequada para outras aplicações, em particular para a serigrafia 6), na qual a reticulação ultravioleta (UV) do PVA esteve em uso por um longo tempo. Em contraste com as emulsões sensibilizadas por diazo, o componente SBQ não é misturado antes da utilização, mas quimicamente aglutinado ao PVA (veja a Figura 1) na emulsão durante a fabricação, de maneira que a emulsão de um componente seja formada. Uma variedade de emulsões pode ser produzida utilizando-se uma base SBQ-PVA; for a as emulsões de impressão de telas, existem ainda películas de serigrafia, emulsões para impressão em tecidos para serigrafia plana e tambor, soluções de laminação (para películas de impressão em telas), enchimentos de telas, etc. A reação de reticulação do SBQ A produção do SBQ-PVA não é difícil, possibilidades de produção têm sido descritas frequentemente7). O SBQ-PVA gerado (veja a Figura 1) é altamente reativo ao ultravioleta (UV), definitivamente mais reativo do que as emulsões sensibilizadas por diazo. Para os produtos SBQ, não importa se as lâmpadas ultravioletas (UV) com vapor de mercúrio tratadas com ferro ou gálio são utilizadas e nossas próprias investigações demonstraram que as diferenças pertinentes são insignificantes.
Figura 1 Seção da molécula SBQ-PVA antes da exposição ao ultravioleta (UV), ou seja, PVA com grupos laterais esterilperidínio
É frequentemente discutido, entretanto, onde a alta reatividade do SBQ-PVA tem origem, que a onda curta relativa máxima ao redor de 340 nm no espectro ultravioleta (UV) não necessariamente prova este ponto. 1,6
1,4
ABSORBANCE
1,2
Figura 2 Os espectros ultravioletas (UV) de SBQ-PVA em uma solução aquosa e como uma película seca. Com a película, você pode reconhecer o lóbulo lateral na assimetria de aproximadamente 372 nm.
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
300
350 SBQ-PVA in Wasser
400
450
[nm]
500
Film SBQ-PVA
Legenda: ABSORVÊNCIA / SBQ-PVA em Wasser / Película SBQ-PVA.
Quando o espectro ultravioleta (UV) de SBQ-PVA for, entretanto, estudado atentamente, você detectará uma assimetria na onda mais alta, espectro descendente (veja a Figura 2), o qual em estudos recentes e separação de curva foi atribuído a um lóbulo lateral a aproximadamente 372 nm 8). Este lóbulo lateral é baseado em uma orientação prévia dos grupos SBQ no SBQ-PVA e, até certo ponto, explica a alta reatividade, para ativar a reação de reticulação, dois grupos SBQ (veja a Figura 3) devem sempre estar juntos, os quais na orientação prévia já é o caso.
Figura 3 Seção da molécula SBQ-PVA após a exposição ao ultravioleta (UV) com a formação do ponto de reticulação ciclobutano.
Um máximo de ultravioleta (UV) reativo de aproximadamente 372 nm em emulsões SBQ-PVA secas e uma em aproximadamente 375 nm em emulsões sensibilizadas por diazo também explica que para ambos os tipos de sensibilizador, lâmpadas ultravioletas (UV) tratadas com gálio são adequadas. Prós e Contras das Emulsões SBQ Conforme mencionado anteriormente, as emulsões SBQ são caracterizadas por alta reatividade ultravioleta (UV). Esta vantagem, a qual se manifesta em tempos de exposição relativamente curtos, podem comprovadamente ser uma desvantagem em algumas aplicações. Esta desvantagem pode ser vista quando alguma emulsão é prematuramente curada por reflexão de luz nos fios de malha ou fios comuns e não pode ser descolorada, de maneira que a resolução e a ligação da malha não são ideais. Se forem utilizados tecidos de poliéster, isto pode ser compensado mediante o uso de malha tingida, mas é muito difícil se a malha de aço inoxidável altamente reflexiva for usada. Quando for necessária alta qualidade, as únicas coisas que podem ajudar são o tingimento forte da emulsão e o uso adicional dos compostos diazo. Uma grande vantagem da emulsão SBQ é que ele é um produto de componente único. Quando a viscosidade não for demasiadamente baixa, eles terão um prazo de validade longo e não precisam ser mexidos antes do revestimento. Consequentemente, não existe o tempo de espera necessário após a sensibilização dos produtos diazo e também o revestimento livre de bolhas fica mais fácil. Como um material de componente único, os produtos SBQ também podem ser facilmente fornecidos em tambores e o produto pode ser simplesmente bombeado quando necessário. Outra vantagem é o seu longo prazo de validade; isto se aplica tanto às emulsões baseadas em água como os estênceis pré-revestidos e especialmente para as películas de serigrafia SBQ. Note, contudo, que os revestimentos SBQ secos devem ser mantidos em locais completamente escuros, porque mesmo em plantas de impressão de telas com a luz amarela usual, a alta reatividade pode levar à cura (reticulação) após 20-30 minutos. Enquanto as emulsões SBQ podem ser facilmente formuladas para alta resistência a solventes, ultravioleta e tintas plastisol, existem limitações ao utilizar o meio de impressão à base de água. Em
particular, longas sessões de impressão com meio aquoso são problemáticas. Esta limitação é baseada na funcionalidade dupla da reação de reticulação SBQ (veja a Figura 3), a qual limita a densidade do grau atingível de reticulação. Além do mais, o número de grupos SBQ que pode ser incorporado ao PVA é limitado, uma vez que ao exceder concentrações relativamente baixas de grupos SBQ, o SBQ-PVA torna-se insolúvel. Se sessões opcionais mais longas com meios aquosos forem impressas, isto poderá ser feito adicionando-se compostos diazo altamente funcionais. Após o processo de impressão, as emulsões SBQ são usualmente fáceis de serem removidas como produtos sensibilizados por diazo. Esta regra aplica-se somente quando a remoção de camadas for realizada de forma relativamente rápida após a impressão. Se os estênceis com emulsões SBQ forem armazenados por um período mais longo, antes de serem removidos, ocorrerá uma reação secundária nos grupos SBQ restantes, ou seja, a reticulação torna-se mais intensa, tornando a remoção de camadas mais difícil. Isto é particularmente sério se o armazenamento ocorreu à luz do dia ou mesmo em locais externos e exposto à luz do sol. Áreas de aplicação principal das emulsões SBQ É naturalmente óbvio que as emulsões SBQ encontraram suas aplicações principais, onde seus benefícios podem ser utilizados para a sua melhor vantagem. A vantagem de ser um produto de componente único é de uma natureza bastante genérica, que não favorece nenhuma aplicação específica. É diferente onde a alta reatividade for importante e, portanto as emulsões SBQ são geralmente selecionadas para revestir malha grossa ou quando telas de grande tamanho forem feitas. Ainda muitas aplicações CTS (computador à tela) frequentemente empregam emulsões SBQ para compensar as fontes ultravioletas (UV) mais fracas e para permitir que a unidade de exposição mova-se através da superfície da tela da forma mais rápida possível, consequentemente economizando tempo. Para conseguir a resolução mais nítida e obter resultados de qualidade de captação de imagem comparáveis de emulsões diazo, os produtos SBQ sensibilizados são frequentemente combinados com resinas reativas ultravioletas (UV), incluindo fotoiniciadores, quase similares às emulsões de cura dupla SBQ (veja a Figura 4). A maioria dos solventes e tintas ultravioletas (UV) são impressos com tais produtos; as áreas principais de aplicação são a serigrafia gráfica e aplicações na indústria eletrônica.
Figura 4 Emulsão de cura dupla SBQ usando POLYCOL SUPRAPLUS como um exemplo, Malha PET 120-31 Y. Revestimento 2-3.
Quando comparada às emulsões sensibilizadas por diazo, a densidade de reticulação reduzida não suporta grandes sessões de impressão usando meios aquosos, sendo assim existem também produtos SBQ para emulsões resistentes à água e resistentes a solventes (veja a Figura 5). As emulsões SBQ puramente resistentes à água, em particular, são usadas para telas de impressão de bandeiras em formato grande. Nesta aplicação, a resistência à água é suficiente, porque as sessões de impressão, na maioria dos casos, são escassas. Se um projeto específico tiver que ser impresso para uma sessão mais longa, haverá ainda a possibilidade de reticulação adicional com um componente diazo.
Figura 5 Emulsão SBQ resistente à água e solvente (adequado para CtS) usando POLYCOL Z 540 CTS Violeta como exemplo; malha PET 120-31 Y, revestimento 2-2.
Mesmo ao imprimir com solvente, meios de impressão especiais livres de água ou ultravioleta (UV), é frequentemente vantajoso usar uma emulsão SBQ resistente à água e solvente. Tais produtos são dimensionalmente estáveis devido à sua absorção de umidade reduzida e também mais robusta durante as operações de limpeza com limpadores à base de água. Devido à sua alta reatividade ultravioleta (UV), tais emulsões SBQ são especialmente adequadas para impressão gráfica de grande formato, impressão em chapa de vidro e na indústria têxtil. Para todas estas aplicações, os sistemas de exposição convencional e CtS ultravioletas (UV) digitais podem ser utilizados. Além da exposição CtS digital e da produção de telas de impressão de grande formato, as emulsões SBQ podem ser usadas vantajosamente com malhas grossas e para espessuras de formação de estênceis altos, devido à alta reatividade ultravioleta (UV). Tais telas são necessárias para o Braille, símbolos de toque e impressões de efeitos especiais de diversos tipos (veja a Figura 6). Tais estênceis podem ser fabricados mediante o uso de emulsão SBQ de uma viscosidade suficientemente alta, empregando o processo de revestimento direto, ou vice-versa, em baixa viscosidade através de revestimento com espátula e bloqueio de borda. Ambas as variações de revestimentos são usadas, embora o revestimento direto seja mais comum, uma vez que economiza tempo.
Figura 6 Emulsão SBQ resistente a solventes para malha grossa e espessura de formação de estêncil alta (EOM = 200 µm) utilizando POLYCOL S 295 HV como exemplo. Tecido PET 32-70 Y.
Aspecto O desenvolvimento de emulsões de tela baseadas em SBQ-PVA continuará, podendo ainda experimentar um renascimento, especialmente se a alta reatividade ultravioleta (UV) puder ficar ainda
mais sob controle. Somente assim sua propriedade de componente único não será mais uma vantagem insignificante. Em complemento à serigrafia, as emulsões SBQ também fizeram incursões fortes na impressão têxtil rolo a rolo; não existem somente produtos quimicamente passíveis de cura para a impressão de telas planas, mas também emulsões de componente único para o revestimento de telas giratórias de níquel galvanizado. Estas são designadas para a exposição giratória CTS digital e também para ultravioleta (UV) convencional. Tais desenvolvimentos no setor têxtil serão fortemente promovidos no futuro para substituir a sensibilização por compostos de cromo (VI), ainda praticada em alguns casos. O grupo estilbeno contido no SBQ-PVA pode ser modificado em princípio com outros grupos químicos e a anião das moléculas de piridínio (veja a Figura 1) é intercambiável, de maneira que muito mais variações para as emulsões de um componente poderiam ser contempladas. Devido à disponibilidade fácil e registro da molécula de estéril-peridínio, ficamos limitados principalmente a estas espécies, mas é possível que outras versões possam ser desenvolvidas com um perfil de propriedade específica e comercializados no futuro. Referências 1)
Kunihiro Ichimura et al., J. Polym.Science, Polymer Letters, Vol 18, pp. 613-617 (1980)
2)
Kunihiro Ichimura et al., J. Polym. Science, Polymer Chem. Ed., Vol 18, pp. 891-902 (1980)
3)
Jose Guisan, Immobilization of Enzymes and Cells, Humana Press, 2nd Edition
4)
Stefan Zimmermann et al., 12th International Conference on Solid State Sensors, Boston, 2003
5)
Bertrand Dautzenberg et al., Abstract Printing by Chiesi Farmaceutici SpA., 2010
6)
Kunihiro Ichimura et al., U.S. Pat 3,610,958 (1993)
7)
Kunihiro Ichimura et al., J. Polym. Science, Polymer Chem. Ed., Vol 20, pp. 1419-1432 (1982)
8)
Kunihiro Ichimura et al., J. Polym.Science, Part A, Polymer Chemistry, 2012