zurück

Abb. 2.4_3: Verfahrensfließbild und Stoffflussdiagramm Siebdruck

Druck

• Druckvorgang
  Die herkömmlichen lösungsmittelhaltigen Siebdruckfarben enthalten neben organischen und anorganischen Pigmenten Bindemittel (Kunstharze), Weichmacher, Additive und organische Lösungsmittel. Die in jüngster Zeit vielfach eingesetzten UV-Siebdruckfarben sind in der Regel lösungsmittelfrei.
• Trocknung.

Druckformenbehandlung

• Druckformenreinigung (Druckfarbenentfernung von der Schablone).
  Entfernung der Druckfarbe mit verschiedenen Lösungsmitteln bzw. Lösungsmittelgemischen. (auch Aromaten)

Bei den gebräuchlichen Lösungsmitteln unterscheidet man die Stoffgruppen:

• aliphatische und aromatische Kohlenwasserstoffe,
• Alkohole, Glycolether, Glycole, Ester, Glycoletherester, Ketone.

Bei der Verarbeitung wasserbasierter Farbsysteme, wasserbasierter UV-Druckfarben und von wassermischbaren Dispersionsklebstoffen können bei der Druckformenreinigung stark gefärbte Spülwässer anfallen. Diese Produkte enthalten biologisch abbaubare organische Lösungsmittel wie Glycolether, Glycole, N-Methylpyrrolidon, Alkohole.

Die Farben verfügen über pigmentierte Harzsysteme (saure Maleinat-, Acrylat- und PU-Harze), die in Wasser dispergiert sind und durch Verseifung mit Ammoniak und Aminen in wasserlösliche Salze überführt werden. Außerdem können Entschäumer (Polysiloxanlösungen), nichtionogene Emulgatoren sowie Vernetzer in diesen Systemen enthalten sein.

• Druckformenentschichtung (Schablonenentfernung).
  Die üblichen Entschichterlösungen enthalten Alkalimetaperiodate, Periodsäure, evtl. geringe Anteile von Mineralsäuren (Schwefelsäure, Salpetersäure, Phosphorsäure) und in der Regel keine organischen Bestandteile. Bei der Entfernung von Schablonen auf Gelatinebasis werden Flüssigentschichter auf der Basis von Enzymen (Proteasen) eingesetzt, die einen biokatalytischen Abbau der Gelatineschichten bewirken.
• Druckformennachbehandlung
  Entfernung von Farb- und Emulsionsresten (sog. Geisterbildentfernung) durch biologisch abbaubare Reiniger auf Lösungsmittelbasis und/oder alkalischen Reinigungspasten vom Schablonenträger, Gewebeentfettung durch Nachreinigung der Siebe mit starken Laugen und/oder Lösungsmittel (meist Cyclohexanon). In Einzelfällen können zur Entfernung von Gewebeeinfärbungen durch Diazoverbindungen aktivchlorhaltige Chemikalien eingesetzt werden.

Keramik- und Glasindustrie

Was die Druckformenvor- und -nachbehandlung anbelangt, werden in der Keramik- und Glasindustrie in etwa die gleichen Arbeitsgänge durchgeführt wie im grafischen Bereich. Es werden auch die gleichen Entfetter, Schablonenmaterialen, Reiniger, Entschichter etc., wie oben beschrieben eingesetzt. Bei den keramischen Druckfarben gibt es für den Direkt- und Transferdruck jedoch wesentliche Unterschiede zu den grafischen Druckfarbensystemen.

Bei den möglichen keramischen Schmelzfarben handelt es sich um

• Dekor- und Glasfarben,
• Farbkörper- und Edelmetallpräparate,
• Fritten, Glasuren und Dekorationshilfsmittel für Keramik, Glas, Email.

Für die Bau- und Autoglasindustrie stehen weiterhin zur Verfügung:

• hochdeckende Autoglasfarben für Einscheiben-Sicherheitsglas, Verbundglas, Panoramadächer,
• leitfähige Silberpasten für heizbare Heck- und Frontscheiben, integrierte Autoantennen und Rückspiegel,
• 2-Komponentenfarben für den Direktdruck.

Die eingesetzten keramischen Druckfarben, Dekorfarben, Metallic- und Interferenzfarben, Transparentflüsse, Hochtemperatur- und Unterglasurfarben enthalten in der Regel anorganische Pigmente und andere Inhaltsstoffe:

• Bleiborsilikate, ggf. bariumhaltig,
• Schwermetalle, wie Arsen, Cadmium, Chrom, Cobalt, Gold, Kupfer, Nickel, Silber, Titan, Zink, Zinn, Zirkon etc.

Beim Transferdruck werden die Dekore mit einer Lack- bzw. Filmlösung überzogen, die Kunstharze, aliphatische Kohlenwasserstoffe, Alkohole, Ether und Terpene enthalten kann. Einzelne Goldpasten können neben Kampfer- und Terpentinölen auch aromatische Kohlenwasserstoffe (Toluol) bzw. Chlorkohlenwasserstoffe (Dichlormethan) enthalten. Neuerdings werden auch wasserentfernbare, schwermetallfreie Druckfarbensysteme eingesetzt.

Textiler Siebdruck

Hier muss zwischen textilem Siebdruck und Textildruck (vom Anwendungsbereich des Anhangs 56 ausgenommen) unterschieden werden. Dabei ist das Druckverfahren identisch. Textiler Siebdruck ist der Druck auf konfektionierte Ware oder Stückware, wie z.B. T-Shirts, Kappen, Wimpel und Flaggen/Fahnen. Textildruck ist der Druck auf "Endlosware", wie z.B. Kleider-, Deko- und Vorhangstoffe etc. In der Hauptsache wird heute das Rotationsdruckverfahren eingesetzt. Für dieses Abwasser gelten die Anforderungen des Anhangs 38.

Textildruckspezifische Materialien

• Wasserfarben, thermofixierbar: Die üblichen anionaktiven Farben sind frei von organischen Lösungsmitteln. Sie enthalten wasserlösliche Kunstharze, organische Farbstoffe und als Weichmacher Phthalate. In Ausnahmefällen können Fixierer auf Basis Formaldehyd/Methanol zugesetzt werden, deren Anwendung aber auf Grund des Gesundheitsschutzes problematisch ist. Ebenso ist für die Flexibilität des Aufdruckes ein Abmischen mit vinylharzhaltigen, wässrigen Dispersionsklebstoffen möglich.
• Wasserfarben, kaltfixierbar: In diesen kunstharzhaltigen (Polyacrylate), kationenaktiven Wasserfarben können bis zu 30 % Testbenzine der Gefahrklasse A II bzw. A III enthalten sein, die eine besondere Abwasserbehandlung notwendig machen, da bei den Spülwässern die Überwachungswerte für Kohlenwasserstoffe nach Verfahren VH 53 überschritten werden können. Die Kaltfixierung kann ohne und mit Härterzugabe erfolgen.
• 2-Komponenten-Wasserfarbe, kaltfixierbar: Die Wasserfarbe ist auf Acrylatbasis aufgebaut und wird mit ca. 30 % alkalisch reagierendem Katalysator versetzt.
• Plastisole: Die Plastisole sind auf Kunststoffpolymerbasis (PVC-Copolymerisate) aufgebaut und enthalten anorganische und organische Farbstoffe und Pigmente sowie Weichmacher (z.B. Diethylhexylphthalat) und Additive analog den konventionellen Lösungsmittelfarben. Sie sind frei von organischen Lösungsmitteln (100 % Festkörpergehalt) und können mit pflanzlichen Ölen, Testbenzinen, Citrus-Terpenen oder Petroleum verdünnt bzw. vom Gewebe entfernt werden. Wasserverdünnbare Plastisole enthalten PVC-Copolymerisate mit spezifisch wirksamen Emulgatoren. Die Pigmente sind den wasserbasierten Druckfarben ähnlich.
• Aufschäum-Siebdruckfarben enthalten Kombinationen von Acrylat-Bindemitteln und die üblichen Farbstoffe und Pigmente. Unter Wärmeeinfluss dehnen sich eingebaute Kunststoff-Hohlkugeln in ihrem Volumen stark aus und bewirken einen dreidimensionalen Relief-Effekt.
• Flockklebstoffe: Hierbei handelt es sich um wässrige Acrylat-, Polyurethan- bzw. Vinylacetat-Dispersionen. Es stehen hitze- und niedertemperaturfixierende Produkte zur Verfügung. Bei wärmeempfindlichen Textilien kann als zweite Komponente ein alkalisch reagierendes, chemisches Fixiermittel beigemischt werden.
• Reinigungs-, Entschichtungs- und Kopiermaterialien: Die Druckformen- bzw. Gerätereinigung sollte mittels Wasser und organischen, gut abbaubaren Lösungsmitteln (z.B. Alkohole, Ester) erfolgen, dabei sind jedoch die wasserrechtlichen Anforderungen zu beachten. Die Druckformenvorbehandlung wird wie im grafischen Siebdruck durchgeführt. Die Schablonenherstellung unterscheidet sich in bestimmten Anwendungsgebieten. Eine typische Besonderheit ist das chemische Nachhärten mit Härtemittel, um eine höhere Auflagenbeständigkeit zu erzielen. In der Regel werden lösungsmittelbeständige Kopiermaterialien eingesetzt.
• Chromhaltige Kopierschichten werden in der Anwendung des textilen Siebdrucks durch Diazo-, Diazo-UV- oder SBQ-Direktkopierschichten ersetzt. Im Textildruck (Rotationsdruck) - insbesondere beim Einsatz von Metallsieben - werden teilweise noch chromathaltige Kopiermaterialien verwendet, die thermisch eingebrannt werden.
• Bei der galvanischen Herstellung von Metallsieben wird auf einen Zylinder, der in der Regel mit einer chromathaltigen Trennschicht versehen ist, eine siebartige Form aufgalvanisiert und dann abgezogen. Die bei der Herstellung anfallenden Abwässer enthalten Chrom (III), Chrom VI und Nickel.

2.4.2.3 Abwasseranfall und Abwasserbeschaffenheit

Bei den im Siebdruckbetrieb anfallenden Prozesswässern handelt es sich in der Regel um Mischabwässer aus den Bereichen:

• Schablonenträgervorbehandlung (Gewebeentfettung, -präparation) mit Anfall organisch relativ gering belastetem Prozessabwasser, überwiegend verursacht durch die gut abbaubaren Reiniger.
• Schablonenherstellung (Schablonenträgerbeschichtung, Schablonenretusche, Schablonenträgerrandabdeckung).
• Relativ gering organisch belastetes Abwasser aus der Reinigung der Beschichtungsrinnen und der Entwicklung der Schablonen durch in Wasser gelöste Kopieremulsionen und Siebdruckfilmbestandteile. Bei den im Abwasser befindlichen Polymeren handelt es sich hauptsächlich um Polyvinylalkohol mit Anteilen von Polyvinylacetat, Acrylat- und Acetatharzen und im Einzelfall Gelatine. Die Sensibilisatoren, wie Diazoniumharze, SBQSensibilisatoren etc. und weitere organische Bestandteile, wie Verdickungsmittel, Weichmacher (Phthalate), Konservierungsstoffe (z.B. Benzoisothiazoline), Fungizide, Biozide etc., liegen in Anteilen von weit unter 0,1 % im Abwasser vor und beeinträchtigen den biologischen Abbau nicht.
• Die Abwässer aus der Herstellung von Metallsieben enthalten Chrom aus der Trennschicht und Nickel.
• Formenreinigung Mögliche organische Abwasserbelastung durch Verschleppung organischer Lösungsmittel bei der Siebreinigung und Geisterbildentfernung.
• Formenentschichtung (Schablonenentfernung). Relativ stark organisch belastetes Abwasser durch Auflösung der Kopieremulsionen und - filme sowie hohe Konzentrationen von Iodaten und Periodaten.
• Formennachbehandlung (Farbrest- und Geisterbildentfernung vom Schablonenträger, Gewebeentfettung).
  Je nach Verfahrensweise mehr oder weniger stark organisch belastetes Abwasser, ähnlich wie bei der Schablonenträgervorbehandlung und Druckformenreinigung. Bei Einsatz von aktivchlorhaltigen Chemikalien ist darauf zu achten, dass diese nicht ins Abwasser gelangen. Dies ist zu erreichen, indem auf völlige Abtrocknung der aufgetragenen Produkte geachtet wird.
• Mischabwasser
  In der Regel fallen die Abwässer in Siebdruckereien als Mischung der verschiedenen Abwasserströme an. Der CSB-Wert der typischen Prozessabwässer (ohne Kreislaufwasserführung) liegt in der Regel zwischen 1000 und 1500 mg/l; das CSB/BSB₅ - Verhältnis liegt zwischen 3:1 und 4:1. Durch Kreislaufwasserführung, z.B. in automatischen Druckformenentwicklungs- und Entschichtungsautomaten, wird der Abwasseranfall durch Frischwassereinsparung zwar bis zu 70 % reduziert, aber durch die permanente Zuführung des Prozesswassers aus der Siebkopie und der Chemikalien von der Druckformenentschichtung- und Nachbehandlung konzentriert sich das Kreislaufwasser zwangsläufig auf. Durch diese Aufkonzentrierung erhöht sich auch der CSB-Wert.

Bei der Anwendung periodathaltiger Entschichter können erhöhte AOX-Werte bis über 10 mg/l vorgetäuscht werden. Dies ist eine siebdruckspezifische Problematik und muss bei der Analytik bzw. Probenvorbereitung berücksichtigt werden, siehe Hinweise 4.1.2.

Durch Verschleppungen von aromatenhaltigen Siebreinigern in das Abwasser, bedingt durch ungenügende Trocknung der Druckformen nach der Farbentfernung mit organischen Lösungsmitteln, können Benzol und dessen Derivate auftreten. Gerade bei wassersparenden Produktionsabläufen durch Kreislaufwasserführung besteht die Gefahr, dass momentane, temporäre Erhöhungen von diesen Stoffen auftreten, die jedoch in der Regel durch Flockung/Fällung unter den Indirekteinleiter-Überwachungswert von 10 mg/l gesenkt werden können.

Schwermetalle treten vor allem im keramischen Siebdruck auf sowie in den anderen Bereichen durch Kupfer-Phthalocyaninpigmente, wobei die Kupferkonzentrationen relativ gering sind und bei sehr kleinen Betrieben aufgrund der geringen Frachten vernachlässigbar sind. Besonders wichtig ist, dass die Kopiermaterialien keine chromathaltigen Sensibilisatoren enthalten und deren Konservierungsmittel keine Quecksilberverbindungen beinhalten.

Tab. 2.4_1: Durchschnittlicher Frischwasserverbrauch bezogen auf 1 m² Siebgewebefläche

Aus dieser Erhebung wird ersichtlich, dass bei konventioneller Druckformenbehandlung pro m² Siebgewebefläche 60 bis 90 l Frischwasser verbraucht werden können. Das bedeutet, dass selbst in kleinen Siebdruckereien und bei großzügigem Frischwassereinsatz, Abwasseranfallmengen > 1 m³ pro Tag keine Seltenheit sind. Durch frischwassersparende Produktions- und Verfahrenstechniken können jedoch in kleinen und mittleren Siebdruckbetrieben auch bei manuellen bzw. halbautomatischen Applikationstechniken ohne weiteres bis zu 70 % Frischwasser eingespart und dementsprechend der Abwasseranfall minimiert werden.

Tab. 2.4_2: Gebräuchliche Lösungsmittel

2.4.3 Abwasservermeidungs- und -behandlungsverfahren

2.4.3.1 Maßnahmen zur Abwasservermeidung

Eine geschlossene Kreislaufwasserführung ohne Abwasseranfall ist mit chemisch/physikalischen Verfahrenstechniken nicht möglich. Hierbei wird in allen Fällen Abwasser in mehr oder minder belasteter Form nach außen abgegeben. Eine abwasserfreie Betriebsweise durch Einsatz thermischer Verfahren ist möglich.

Die Entscheidung, ob ein Betrieb abwasserfrei gefahren wird oder nicht, richtet sich bei Einhaltung der gesetzlichen Vorgaben auch nach den Kosten. Bei der abwasserfreien, thermischen Prozesswasserbehandlung sind neben den Investitionskosten die Entsorgungskosten für flüssige Abfälle und die Energiekosten für die Verdampfung zu berücksichtigen. Bei den Betriebskosten ist positiv zu berücksichtigen, dass Frischwasser eingespart wird, keine Chemikalien zur Abwasserbehandlung benötigt werden, keine Kosten für Überwachung und Abwasseranalysen entstehen und ein relativ geringer Wartungsaufwand notwendig ist. Die Entscheidung für eine abwasserfreie Betriebsweise ist deshalb sehr sorgfältig zu prüfen.

Zunächst sind immer die möglichen Vermeidungsmaßnahmen zu prüfen. Dazu ist eine Input/Output-Betrachtung über die mit dem Prozesswasser in Berührung kommenden Hilfs- und Betriebsstoffe durchzuführen. Die Verbrauchsmengen müssen minimiert, im Bedarfsfall müssen umweltgerechtere Produkte eingesetzt werden. Die Prozesswasserverbrauchsmengen für die einzelnen Behandlungsschritte sind durch gezielte Kreislaufwasserführungen oder Anwendung wassersparender Einrichtungen, wie optimierte Sprüheinrichtungen, kürzere Behandlungsintervalle etc. zu minimieren. Oft können Wassereinsparungen von bis zu 80 % erzielt werden. Sind diese Maßnahmen alle durchgeführt, wird eine Abwasserbehandlung beim Kleinbetrieb bzw. mittleren Betrieb meist nicht mehr erforderlich sein. Grundvoraussetzung ist dabei, dass keine stark wasserbelastenden Stoffe eingesetzt werden bzw. unbehandelt in das Abwasser gelangen können. Demzufolge dürfte die abwasserfreie Siebdruckproduktion überwiegend für größere Gewerbebetriebe und industrielle Siebdruckanwender mit relativ großem Abwasseranfall in Frage kommen und sinnvoll sein.

Die Anforderungen zur Verringerung der Menge und Schädlichkeit des Abwassers betreffen nicht nur die Abwasserbehandlungsverfahren, sondern auch vorgeschaltete Verfahrensabläufe innerhalb der Produktion, den Einsatz schadstoffarmer Betriebsstoffe sowie die Eignung der Abwasseranlagen. Die im Produktionsbereich möglichen Maßnahmen zur Verringerung stark wasserbelastender Stoffe sollten Priorität besitzen. Der Belastungsgrad des während der Produktion anfallenden Prozess- oder Abwassers bestimmt den Aufwand der zu betreibenden Abwasseranlage.

Maßnahmen zur Abwasserverminderung:

• wassersparende Spültechnik (siehe im Abschnitt 2.5.2.3),
• Kreislaufführung von Spül- und Prozesswasser,
• Minimierung von Verschleppungsverlusten,
• Rückführung von gereinigtem Abwasser.

Maßnahmen zur Rückhaltung stark wasserbelastender Stoffe:

• Ultrafiltration (z.B. bei Spülwässern wasserbasierter Farbsysteme),
• Der Einsatz von schwermetallhaltigen Stoffen, aktivchlorhaltigen Entschichtern und Lösungsmitteln mit Gehalt an Kohlenwasserstoffen oder Halogenkohlenwasserstoffen ist zu vermeiden.

Maßnahmen zur Minimierung der Schadstofffracht:

• Die Druckformen sind nach der Lösungsmittelreinigung zu trocknen.
• Chemikalien sind sparsam einzusetzen.
• Arbeitsgeräte müssen grobmechanisch vorgereinigt werden, damit die Spülwässer weniger stark belastet werden.
• Auf den Einsatz von ethoxilierten Nonylphenolpolyglycolethern sowie schwer abbaubarer Konservierungsstoffe ist zu verzichten.
• Der Einsatz von kupferfreien Pigmenten ist anzustreben.

2.4.3.2 Maßnahmen zur Abwasserbehandlung

Der Siebdruckbranche stehen verschiedene Methoden und Verfahren der Abwasserreinigung zur Verfügung. Die Auswahl und Eignung richtet sich nach der Betriebsgröße sowie Art und Menge des Abwasseranfalls.

Überblick über die aktuellen Abwasserbehandlungsmethoden

Zur Abwasserbehandlung können in der Siebdruckbranche die nachfolgend genannten Verfahrenstechniken angewandt werden:

• Mechanisch - physikalische Abwasserbehandlung:
  • Öl- und Leichtflüssigkeitsabscheider mit Koaleszenzstufe;
  • Druck-Entspannungsflotation, Druckluft-, Turbo- sowie Elektroflotation mit und ohne Einsatz von Flockungschemikalien;
  • Filtrationsverfahren , wie Gewebefilter - Bandfilter - Filterpressen - Sackfilter;
  • Membran-Trennverfahren, wie Mikrofiltration (0,5 - 3 bar), Ultrafiltration (1 - 10 bar), Umkehrosmose (10 - 100 bar);
  • Strippen.
• Chemisch - physikalische Abwasserbehandlung:
  • Fällung - Flockung;
  • Adsorption.

Von all den genannten Methoden ist die Flockung/Fällung in Kompaktspaltanlagen das bisher in der Siebdruckbranche gebräuchlichste Abwasserbehandlungs-Verfahren. Für die siebdruckspezifischen Prozesswässer werden durchschnittlich ca. 1 - 1,5 kg Spaltchemikalie pro m³Abwasser verbraucht. Dabei fallen maximal ca. 8 - 10 kg Feuchtschlamm an, dessen Trockenrückstand nach der Konditionierung (Trocknung) auf dem Bandfilter bzw. im Filtersack lediglich noch ca. 2 - 3 kg beträgt.

Abb. 2.4_4: Branchenübliche Abwasserbehandlungsverfahren

Abwasserbehandlungsmöglichkeiten für alle Betriebsgrößen mit teilweiser Kreislaufwasserführung

* Variante für den Kleinbetrieb

Für den Kleinbetrieb, bei dem im Durchschnitt eine Abwassermenge unter 1 m³ pro Tag anfällt, ist es im Normalfall aus wirtschaftlichen Erwägungen nicht sinnvoll, eine Kreislaufführung des Prozessabwassers vorzunehmen. Sofern keine KW-haltigen Reiniger verwendet werden, kann in der Regel auf eine Abwasserbehandlung verzichtet werden, wenn die Einleitung des Abwassers in eine ausreichend große biologische Kläranlage erfolgt. Selbst bei Einsatz KW-haltiger Lösungsmittel genügt es in der Regel, das in der Kopie und bei der Schablonenentschichtungsvor- und -nachbehandlung anfallende Spülwasser über einen Leicht- und Feststoffabscheider mit Koaleszenzstufe in die Kanalisation einzuleiten. Grundvoraussetzung ist jedoch, dass keine Lösungsmittelverschleppungen aus der Druckformenreinigung in das Abwasser erfolgen und möglichst nur gut biologisch abbaubare Siebreiniger und Schablonenbehandlungschemikalien Anwendung finden. Bei erforderlicher Behandlung haben sich zur Entfernung von direkt abscheidbaren Abwasserinhaltsstoffen, wie z.B. wasserunlöslichen Lösungsmitteln, Pigmenten, Füllstoffen und Festkörpern von Fotoemulsionen sowie Siebfüllern, Fotoschicht- und Schablonenfilmresten, Klebestoffrückständen etc. Spezialabscheider mit Koaleszenzstufe in der Praxis bestens bewährt und in der Branche eine hohe Akzeptanz gefunden.

* Variante für mittlere Siebdruckbetriebe mit teilweiser Prozesswasserkreislaufführung

Für Siebdruckbetriebe, die mehr als 1 m³ Frischwasser/Tag in der Kopie und bei der manuellen Entschichtung benötigen, kann bereits eine Kreislaufwasserführung zweckmäßig sein. Hierbei wird in der Regel die Schablonenentschichtung mit Recyclingwasser vorgenommen. Das Wasser aus der Kopie und der Entschichtung wird über einen Feststoffabscheider geleitet und fließt von dort in einen Servobehälter, von dem aus die Hochdruckpumpe für die Entschichtung gespeist wird. Das Kreislaufwasser wird kontinuierlich durch das Prozesswasser der Siebkopie und dem Spülwasser aus der Schablonenentfettung regeneriert. Das für die Entschichtung nicht benötigte Prozesswasser läuft durch den Überlauf des Servobehälters in die Kanalisation. Dieses System ist nur da anwendbar, wo keine größeren Verschleppungen an Lösungsmitteln in das Kreislaufwasser gelangen und weitestgehend biologisch abbaubare Hilfs- und Betriebsstoffe eingesetzt werden.

Abb. 2.4_5: Verfahrensfließbild - teilweise Prozesswasserkreislaufführung

* Variante für Siebdruckbetriebe mit automatischen Schablonenentwicklungs- und Siebentschichtungsanlagen

In größeren Siebdruckbetrieben, die beispielsweise über eine automatische Schablonenentwicklungs- und/oder Siebentschichtungsanlage verfügen, kann unter Einbindung des Spülwassers aus der Siebkopie und Gewebeentfettung ebenfalls mit Kreislaufwasser gearbeitet werden. Das Spülwasser aus der Siebkopie läuft in ein Vorstapelbecken, das zur groben Feststoff-Schlammseparation dient, über einen Feinstoffabscheider in einen Servobehälter, aus dem die Hochdruckpumpe der Siebentschichtungsanlage gespeist wird. Das Entschichtungskreislaufwasser fließt ebenfalls durch das Vorstapelbecken in den Abscheider und von dort wieder zurück in den Servobehälter. Das für die Siebentschichtung nicht benötigte Kreislaufwasser wird durch eine Kompaktspaltanlage gereinigt, läuft in die Kanalisation oder kann teilweise wieder für die Entschichtung verwendet werden. In der Kompaktspaltanlage wird das Abwasser durch Flockung und Fällung gereinigt. Das Abwasser, das durch Verschleppen von Lösungsmitteln aus dem Druckformenwaschbereich auch gelöste oder teilweise emulgierte Kohlenwasserstoffe enthalten kann, wird mit einem speziell ausgewählten Spaltmittel zur Reaktion gebracht.

Abb. 2.4_6: Verfahrensfließbild - Prozesswasserkreislaufführung in größeren Siebdruckbetrieben

Dadurch werden die dispers (Schmutzpartikel, Pigmente, etc.) und echt gelösten Restschadstoffe (Tenside, Lösungsmittel, emulgierte Kohlenwasserstoffe) durch Flockungs- und Adsorptionsvorgänge in sedimentierbaren Schlamm überführt. Die an dem Schlamm adsorptiv gebundenen Schadstoffe bleiben irreversibel daran haften und werden über einen Bandfilter bzw. Filtersack entwässert.

Bei diesen Behandlungsverfahren kann, meist nur sehr begrenzt, das Prinzip der Frischwassereinsparung und Abwasserverminderung durch teilweise Mehrfachnutzung der Prozesswässer angewandt werden. Eine geschlossene Kreislaufwasserführung ohne Abwasseranfall ist damit jedoch nicht möglich und kann, wie die Praxis mehrfach zeigte, produktionstechnisch auf Dauer nicht störungsfrei durchgeführt werden.

Behandlung von Abwasser beim keramischen Druck und Glassiebdruck

Sollten durch ungenügende Druckformenreinigung bedingt Pigmentanteile bei der Schablonenentschichtung in das Abwasser verschleppt werden, müssen die ungelösten Schwebstoffe durch Filtration oder Sedimentation entfernt werden. Dabei ist zu beachten, dass der Schlammfang und die Filtrationseinrichtung ausreichend dimensioniert sind, damit die Einhaltung des Überwachungswertes von 30 mg/l an abfiltrierbaren Stoffen gewährleistet ist. Für die Abwässer des keramischen Siebdrucks wurden, bei Anwendung von Schmelzfarben, die abfiltrierbaren Stoffe als Leitparameter im Abwasser mitaufgenommen. Müssen bei der Prozesswasserkreislaufführung durch Einschleppen von Kohlenwasserstoffen und aufgrund örtlicher Gegebenheiten an die Beschaffenheit des einzuleitenden Abwassers weitergehende Anforderungen gestellt werden, so können diese durch geeignete Reinigungsverfahren, wie Flockung/Fällung/Filtration erfüllt werden.

2.5 Tiefdruck

2.5.1 Branchenstruktur

Im Tiefdruck wird unterschieden in Illustrations-Tiefdruck (Zeitschriften, Katalogen, Werbedrucksachen), Verpackungs-Tiefdruck, Dekor-Tiefdruck (Tapeten, Geschenkpapieren, Holzdekoren) und Stichtiefdruck. Daneben gibt es Betriebe, die ausschließlich Druckformen herstellen.

In Deutschland sind gegenwärtig 15 bis 20 Betriebe im Illustrations-Tiefdruck tätig. Sie betreiben Rotationsdruckmaschinen mit schätzungsweise 850 Druckwerken in unterschiedlichster Arbeitsbreite. Etwa die Hälfte der Betriebe ist Verlagen angegliedert.

Im Verpackungs-Tiefdruck sind gegenwärtig etwa 10 Betriebe tätig mit etwa 150 Druckwerken.

Im Stichtiefdruck werden insbesondere Banknoten, Wertpapiere und teilweise Postwertzeichen hergestellt. In Deutschland gibt es etwa 5 Betriebe. Von wenigen Betrieben werden hochwertige ausgewählte Geschäftsdrucksachen im Stahlstich hergestellt (Gravur- oder Ätzverfahren).

2.5.2 Herkunft, Menge und Beschaffenheit des Rohabwassers

2.5.2.1 Herstellungs- und Verarbeitungsverfahren, Begriffsdefinition

Zum Tiefdruck gehören diejenigen Druckverfahren, bei denen die druckenden Elemente vertieft in der Druckformoberfläche liegen. Beim Druckvorgang (Abb. 2.5_1) wird die Druckfarbe aus den Vertiefungen der Druckform unmittelbar auf das zu bedruckende Material (direkter Druck) oder über einen Zwischenträger auf den Bedruckstoff übertragen (indirekter Druck).

Abb. 2.5_1: Schematische Darstellung des Tiefdruckprinzips

Im Tiefdruck werden heute überwiegend Rollenrotationsmaschinen eingesetzt; Bogentiefdruckmaschinen werden meist für Sonderzwecke eingesetzt. Im Unterschied zum Rastertiefdruck, bei dem die druckenden Elemente in den Druckzylindern in Form kleiner Näpfchen eingeätzt sind, die flächengleich aber unterschiedlich tief sind, sind die Näpfchen beim Stichtiefdruck flächen- und tiefenvariabel.

Begriffsdefinitionen:

Ballardhautverfahren: Aufbringen einer durch eine Trennschicht abziehbaren Kupferschicht auf das Grundkupfer des Rohzylinders.

Gravur: Verfahren zur Herstellung von Tiefdruckformen, bei welchem die Rasternäpfchen im Gegensatz zum Ätzvorgang durch Werkzeug- (Stichel-) oder Energie- (Laser-, Elektronenstrahl-) einwirkung erzeugt werden.

Molette: Vom Stichoriginal abgeformte gewölbte Stahlform, die ein positives Druckbild trägt und zur Übertragung des Druckbildes auf die Druckform dient (z.B. zur Herstellung von Postwertzeichen).

Opal: Fotografisches Aufsichtsbild (positiv oder negativ) als Abtast-Vorlage für die Gravur.

Rasternäpfchen: Vertieftes, die Druckfarbe aufnehmendes und abgebendes Druckbildelement einer Tiefdruckform.

Rastersteg: Trennwand, die die Rasternäpfchen einer Tiefdruckform voneinander abgrenzt und beim Abrakeln als Auflage dient.

Rastertiefdruck: Tiefdruck-Verfahren, bei dem eine Druckform verwendet wird, die in druckfarbführende Rasternäpfchen und in ein diese Rasternäpfchen trennendes Gitternetz (Rastersteg) aufgeteilt ist.

Stichtiefdruck (Intagliodruck): Tiefdruck-Verfahren, das eine Druckform verwendet, in die die einzelnen Druckbildelemente ohne Überlagerung eines bildzerlegenden Systems (z.B. Raster) vertieft eingearbeitet sind.

Tiefdruckform: Druckform zum Übertragen von Druckfarbe auf den Bedruckstoff, wobei die druckenden Stellen der Druckform vertieft liegen.

Zylinderkorrektur: Korrigieren der Näpfchengröße durch Verstärken oder Verflachen der Volumengröße.

2.5.2.2 Produktionsfolge im Rastertiefdruck

Zylindervorbereitung

Bei der Zylindervorbereitung wird unterschieden zwischen der Vorbereitung eines Druckformzylinders, ausgehend von einem Rohzylinder (Stahl-Tiefdruckformzylinder) und von bereits gebrauchten Druckformzylindern (Abb. 2.5_2 bis 2.5_4).

Abb. 2.5_2: Verfahrensfließbild zur Zylinderherstellung im Tiefdruck (Rohzylinder)

Die Vorbereitung des Zylinders zum fertigen Druckzylinder umfasst das Aufbringen verschiedener Metallschichten (in der Regel Nickel, Kupfer, Chrom) auf die Oberfläche. Die Beschichtung erfolgt mit elektrochemischen/galvanischen Verfahren. Damit die Metallschichten auf dem Druckformzylinder haften und eine gute Qualität aufweisen, muss die darunter liegende Metalloberfläche gereinigt werden. Dazu wird heute im wesentlichen die maschinelle/elektrolytische Entfettung in einem Tauchbad und gelegentlich noch die Handentfettung angewandt. Nach dem Entfetten folgt der Dekapiervorgang, bei dem die Oberfläche von einer eventuellen Oxidschicht befreit wird und gleichzeitig die aus der Entfettung stammenden Alkalireste an der Metalloberfläche neutralisiert werden. Beim Ballardhautverfahren wird nach Entfettung und Dekapieren eine Trennlösung aufgetragen, durch die sich eine Sperrschicht ausbildet. Diese gewährleistet, dass die aufgalvanisierte Kupferhaut abziehbar bleibt.

Abb. 2.5_3: Verfahrensfließbild zur Zylinderherstellung im Tiefdruck (Starkkupferverfahren)

Erstmalig zu verkupfernde Druckformzylinder können nicht sofort in dem üblichen schwefelsauren Kupferbad bearbeitet werden, da mit diesen Bädern keine feste Haftung auf Stahl erzielt werden kann. Es ist eine Deckschicht aus Nickel notwendig, die eine gute Bindung mit Stahl und Grundkupfer garantiert. Diese dünne Nickelschicht wird in einem schwach sauren Nickelbad auf die metallisch reine und entfettete Stahloberfläche aufgebracht. Die anschließende Grundverkupferung erfolgt vermehrt in vollautomatischen Produktionsabläufen und dient als Basis für weitere Metallniederschläge. Die Abscheidung des Kupfers erfolgt immer aus einer Kupfersulfatlösung, unabhängig davon, ob die Druckformzylinder nach dem Ballardhautverfahren, der Dünn- oder Starkverkupferungsmethode aufgekupfert werden. Bei einer Starkverkupferung werden ca. 320 µm Kupfer aufgetragen, bei einer Dünnverkupferung ca. 60 bis 80 µm, für eine Ballardhaut werden ebenso 60 bis 80 µm aufgalvanisiert.

Abb. 2.5_4: Verfahrensfließbild und Stoffflußdiagramm zur Zylindervorbereitung im Tiefdruck (Ballardhautverfahren)

Um den Druckformzylinder auf bestimmte Maße zu bringen bzw. eine gewünschte Oberflächenrauhigkeit des Kupfers zu erhalten, finden z.B. konventionelle Dreh- und Schleifmaschinen, Präzisionsfräsmaschinen, Poliermaschinen und Drehmaschinen mit kombinierter Diamant-, Vor- und Feinbearbeitung Einsatz.

Bei gebrauchten Druckformzylindern muss zuerst das Druckbild des Vorauftrages entfernt werden. Beim Ballardhautverfahren geschieht dies durch Abreißen der Kupferhaut vom Druckformzylinder. Bei den beiden anderen Verkupferungsverfahren ist nach einer gründlichen Vorreinigung mit Lösungsmitteln zunächst eine Entchromung der Zylinderoberfläche erforderlich. Sie erfolgt überwiegend auf elektrochemischen Wege, durch die sogenannte aktivierte Entchromung in einem Schwefelsäure- oder Natronlaugebad.

Nach dem Entfernen der Chromschicht muss die Kupferschicht für die neue Druckformenherstellung vorbereitet werden. Mit Ausnahme des Ballardhautverfahrens, bei dem die Kupferschicht vollständig entfernt wird, ist bei den übrigen Verfahren nur ein Teilabtrag erforderlich. Dazu wird die Kupferoberfläche abgefräst und das Fräskupfer der Verwertung zugeführt. Chemische Entkupferungsprozesse haben sich in der Praxis nicht durchgesetzt.

Bei den angeführten chemischen und elektrochemischen Prozessschritten sind chemische Hilfsstoffe erforderlich:

• Zur Entfettung der Druckformzylinder dienen meist cyanidfreie alkalische Lösungen.
• Dekapierbäder enthalten in der Regel 20 % Schwefelsäure.
• Die Vernickelung und Verkupferung erfolgt ausschließlich in cyanidfreien sauren Bädern. Das Nickelbad enthält hauptsächlich Nickelsulfat als Metallsalz, Nickelchlorid zur Erhöhung der Leitfähigkeit des Bades und Borsäure als Puffersubstanz zur Konstanthaltung des pH-Wertes. Zur pH-Wert-Regulierung wird Ammoniak bzw. verdünnte Schwefelsäure eingesetzt.
• Zur Verchromung wird ein Chromsäureelektrolyt verwendet. Die Entchromung erfolgt elektrolytisch in schwefelsaurer Lösung oder in Natronlauge.
• Als Trennlösungen werden Natriumsulfatgemische eingesetzt. Trennlösungen auf Silber- oder Quecksilberbasis sind nicht mehr Stand der Technik.

Tab. 2.5_1: Mögliche Einsatzstoffe bei der Zylindervorbereitung

Druckbildübertragung

Im Anschluss an die Zylindervorbereitung erfolgt die eigentliche Druckformenherstellung. Auf dem vorbereiteten Druckformzylinder werden die druckenden Elemente in Form von vertieften Näpfchen erzeugt. Dabei wird unterschieden zwischen der Technik des Ätzens und der elektromechanischen Gravur. Das Ätzen, welches im Illustrationstiefdruck (wegen der aufwendigen Arbeitsschritte) keine Rolle mehr spielt, wird fast nur noch im Verpackungs- und Dekortiefdruck angewendet. Zunehmend ist dort aber auch die Gravurtechnik anzutreffen. Nicht eingegangen wird auf die Laserstrahlgravur, die noch in den Anfängen steht. Bei dieser Technologie ist Kupfer nicht das Basismaterial.

Druckbildübertragung durch elektromechanische Gravur

Ausgangspunkt für die Gravurdaten können digitalisierte Daten oder ein Opal sein. Bei Verwendung von Opalen als Abtastvorlage sind, wie bei jeder Kopiervorlagenherstellung, fotochemische Entwicklungsschritte erforderlich. Der Trend geht weg vom Opal zur Direktgravur mittels Diamantstichel aus dem digitalen Datenbestand. Entsprechend den Gravurdaten werden mit dem Diamantstichel die druckenden Elemente, die Näpfchen, im Kupfer erzeugt. Die Eindringtiefe des Stichels bestimmt die Näpfchengröße. Der gravierte Druckformzylinder wird zum Schutz der Kupferoberfläche gegen mechanische Beanspruchung elektrolytisch verchromt und ist damit druckfertig. Sind Korrekturen nötig, wird unterschieden zwischen Minuskorrekturen (Abschwächen) und Pluskorrekturen (Verstärken).

Abb. 2.5_5: Verfahrensfließbild Druckformenherstellung im Tiefdruck (Zylindergravur) Druckbildübertragung durch Ätzen

Für das Übertragen des Druckbildes auf die Tiefdruckform wird Pigmentpapier, bestehend aus einem Schichtträger und Gelatine, eingesetzt, das vor der Belichtung in einer Alkalidichromatlösung sensibilisiert wurde (Abb. 2.5_6). Im Kopierprozess entsteht eine der Kopiervorlage entsprechend gehärtete Gelatinestruktur. Das belichtete Pigmentpapier wird maschinell unter Wasserzufuhr auf den entfetteten, gespülten und getrockneten Kupferzylinder geklebt. In einem programmierbaren Entwicklungsautomaten werden mit 40 bis 50 °C warmem Wasser Schichtträger und ungehärtete Gelatine vom Kupferzylinder gelöst. Als Ergebnis entsteht ein entsprechend dem Tiefdruckraster und der Kopiervorlage abgestuftes Auswaschrelief. Die Trocknung der Gelatine mit Alkohol ist Teil des Entwicklungsprozesses. Der Zylinder wird ätzreif gemacht, indem alle nichtdruckenden Stellen mit einem säurefesten Asphaltlack abgedeckt werden.

Abb. 2.5_6: Druckbildübertragung durch Ätzen

Als Ätzmittel dient eine Eisen(III)-Chloridlösung. Für den Ätzprozess werden heute fast nur noch elektronisch gesteuerte Ätzautomaten eingesetzt. Nach dem Ätzen wird der Zylinder gespült, der Asphaltlack mit Lösungsmittel (Toluol) entfernt und der Zylinder von den Gelatineresten gereinigt und getrocknet. Der geätzte Druckformzylinder wird elektrolytisch verchromt.

Zum Entfetten der Druckformzylinder dienen Entfettungselektrolyte auf Natriumhydroxidbasis. Für verschiedene Arbeitsschritte wie Spülen, die Pigmentpapierübertragung und die Gelatineentwicklung wird Wasser benötigt. Toluol wird als Reinigungsmittel verwendet.

Zylinderkorrektur

Abweichungen in der Umsetzung der Druckvorlagen bei der Druckformenherstellung oder nachträgliche Kundenwünsche machen eine Zylinderkorrektur notwendig. Unterschieden wird zwischen Plus- und Minuskorrekturen (Abb. 2.5_7 und 2.5_8). Bei der Pluskorrektur handelt es sich um eine Volumenvergrößerung, bei der Minuskorrektur um eine Volumenverkleinerung der Näpfchen. Als Vorbereitung zur Zylinderkorrektur wird der Druckformzylinder gereinigt, entfettet, dekapiert und getrocknet.

weiter .