Технология полиграфических процессов, 2-й семестр / 4-5 Краска

Лекция 8

4.3. Печатные краски

4.3.1. Составные части печатных красок. 4.3.2. Свойства печатных красок. 4.3.3. Способы закрепления. Краски, отверждаемые излучением.

Структура и составные части

Печатные краски состоят из:

• красящего вещества (пигментов или красителей) — твердая фаза;

• связующего  — жидкая среда;

• вспомогательных добавок.

В зависимости от способа печати различают печатные краски различной консистенции: жидкие – от очень жидкотекучих (на водной основе) до пастообразных. Существуют и сухие краски (порошки).

Механизм передачи краски, способ ее сушки или фиксации на запечатываемом материале определяются структурой и составными компонентами.

Красящие вещества подразделяются на:

Пигменты — это высокодисперсные белые, цветные или черные порошки (органические и неорганические), не растворимые в воде и органических растворителях. Это твердые частицы (размеры от 0,1 до 2 мкм.), которые распределены в жидком носителе – связующем во взвешенном состоянии. Пигмент придает краске цвет, определяет стойкость краски к выцветанию, химическую стойкость, устойчивость к температурным воздействиям, кроющую способность, плотность (или удельный вес).

Они имеют широкий спектр поглощения и поэтому не являются «чистыми» с точки зрения передачи цвета как красители, которые имеют очень узкий спектр поглощения. Светонепроницаемость пигментов обусловлена их способностью отражать и рассеивать свет.

Красители (органические соединения в молекулярной форме) – молекулы, окруженные растворителем, отличаются высокой интенсивностью цвета и яркостью краски. Красители находятся в растворенном состоянии и не осаждаются в жидкости, в процессе печати красители связываются непосредственно с поверхностью запечатываемого материала.

Пигменты нуждаются в связующем веществе при фиксации на запечатываемом материале и должны дополняться диспергаторами для того, чтобы не агломерировать.

Недостатком красителей является их ограниченная светопрочность (окисление ведет к выцветанию).

Печатные краски в большинстве случаев содержат пигменты. Важнейшее исключение составляют, например, чернила для струйной печати.

Пигменты  — более дешевы, чем красители имеют хорошую светопрочность и стабильность цвета

Доля пигмента в краске составляет в зависимости от цветового тона от 5 до 30%.

В полиграфической промышленности широко используются органические пигменты, которые обеспечивают краскам для триадной печати достижение желаемого цветового тона. Неорганические, получаемые искусственным путем пигменты применяются реже.

По цвету пигменты бывают бесцветные (прозрачные и белые), цветные и черные (чаще всего — мелкозернистый углерод, т.е. сажа), а также пигменты для спецэффектов (металлич. и др.).

Связующее — второй основной компонент краски — жидкая фаза, связывающая отдельные твердые частички пигмента в единую дисперсную систему.

Подготовленные для производства красок связующие называют фирнисы, они имеют сложный состав и обязательно включают пленкообразующие в-ва и растворители. Пленкообразователи — чаще всего на основе смол (алкидные, фенолформальдегидные смолы, производные канифоли, битум и др.) Они определяют твердость, блеск, закрепление слоя краски. Растворители служат для образования из смол связующего —  растительные масла, минеральные масла или олифы. Растворители определяют вязкость и механизм закрепления краски на оттиске. Связующее также м. б. на водной, на спиртовой основах.

В обычных способах печати применяют краски, связующими веществами которых являются смолы, растворенные в минеральном масле. В связующем веществе пигменты тонко диспергируются, т.к. оболочка из связующего вещества, окружающая частицы пигмента, защищает их от контактов, приводящих к объединению в агломераты и их осаждению.

Связующие в-ва определяют поведение краски при печатании и ее основное свойство — закрепление. Они фиксируют пигменты на печатном материале. Выбор связующего определяется предполагаемым методом сушки, прочностью и глянцем красочного слоя.

Вид вспомогательных материалов (добавок) в красках зависит от соответствующего способа печати. Практически все краски поставляются уже готовыми, но некоторые неблагоприятные условия работы, ошибки печатного процесса требуют корректировки свойств краски.

Регулировать вязкость и липкость краски можно разбавителями (печатными маслами), повысить прочность к истиранию пластифицирующими пастами, сиккативы для ускорения закрепления краски (катализаторы окислительной полимеризации при образовании красочной пленки на оттиске). Антисиккативы (антиоксиданты) предотвращают высыхание краски на валиках красочного аппарата и печ. форме (в форме аэрозоля для опрыскивания или «ночная» краска).

Противоотмарывающие добавки служат, чтобы краска не переходила с оттиска на другие поверхности (при печати оборотной стороны отмарывание на цилиндры машины и отмарывание в стопе оттисков и при послепечатной обработке). Можно вводить пасту в краску или наносить на оттиск порошок, который растворяется в красочном слое.

Противоэмульгирующие добавки вводят в краску или увлажняющий раствор для предотвращения их эмульгирования (смешивания), это восстанавливает баланс «краска-вода».

Свойства красок. Краски должны удовлетворять следующим требованиям: иметь определенную вязкость и липкость, обеспечивающие оптимальный режим печати, обладать цветовыми свойствами и обеспечивать графическую, градационную и цветовую точность воспроизведения, не изнашивать печатную форму и обладать стойкостью к разным воздействиям.

Качество печатной продукции зависит от свойств красок, которые делятся на 3 группы: оптические, печатно-технические и устойчивость краски на оттиске (иногда 2 последние объединяют).

1. Оптические свойства: цветовой тон, светлота, яркость, интенсивность ( насыщенность) — обратно пропорциональна толщине кр. слоя для достижения заданного цвета (в % по сравнен. с эталоном), кроющая способность (или противоположный показатель — прозрачность), глянцевитость — степень зеркального отражения света от оттиска определяет блеск печатной краски.

Оптическая плотность краски не обязательно говорит о толщине красочного слоя; это, скорее, количество поглощенного света, либо непрозрачность краски. Для контроля и измерения этого показателя на запечатанном материале в течение всего процесса печати используется денситометр.

2. Печатно-технические свойства — вязкость, липкость, механизм закрепления.

3. Устойчивость краски на оттиске — прочность краски на истирание, светопрочность, прочность к химическим воздействиям, термопрочность и водопрочность.

Рассмотрим подробнее основные печатно-технические свойства красок.

Вязкость  (динамическая вязкость) — способность краски сопротивляться растеканию. Чем выше вязкость, тем она тяжелее и образует более равномерную пленку. Единицей вязкости является Па•с (паскаль•сек.) или СП (сантипойс) =1мПа•с (миллипаскаль•сек.).

Пастообразные краски поставляются типографиям «готовыми к употреблению, тестирование вязкости краски проводится только для жидких красок, поскольку они поставляются типографиям с высоким показателем вязкости. Этот показатель может быть измерен несколькими инструментами, один из которых вискозиметр-чашка.

На вязкость краски влияет температура. Чем выше температура, тем ниже вязкость краски. Охлаждение увлажняющего раствора в офсетной печатной машине поддерживает постоянные свойства увлажняющего раствора и охлаждает краску на всем пути.

Степень перехода пастообразных красок от состояния высокой вязкости (при устойчивых красках) до существенно более низкой (при перемешивании) характеризует тиксотропия. Тиксотропные свойства определяют способность краски загустевать в состоянии покоя и разжижаться при перемешивании.

Липкость (насколько тягучей является краска)характеризует способность к расслоению красочного слоя, например между двумя красочными валиками. Чем выше липкость, тем больше в печатном узле нарастает тенденция к выщипыванию волокон из бумаги и вырыванию частиц с ее поверхности. С другой стороны, более высокая липкость улучшает сцепление краски на запечатываемых участках печатной формы или резиновом полотне (печатное изображение становится более резким). Этот показатель очень важен, особенно в многокрасочной печати. При оценке липкости краски следует учесть скорость вращения валиков красочного аппарата, время и температуру (липкость краски изменяется под действием температуры).

Длина краски (длина красочных нитей) — это способность краски создавать нити (тяжи) при расщеплении красочной пленки. Это свойство текучести краски, проявляющееся при действии на нее усилий сдвига. Физические силы между частицами пигмента и высокомолекулярными компонентами связующего вещества определяют, является ли краска «короткой» или «длинной».

Показатель адгезии говорит о том, насколько хорошо краска прилипает к запечатываемому материалу и это становится особенно важным, если продукция должна быть подрезана и/или сфальцована.

Красковосприятие описывает, насколько хорошо последующая краска закрепляется на предыдущей т.е. характеризует высыхание краски, нанесенной ранее за тот же листопрогон (во многом зависит от вязкости). При печати «по сырому» вторая и последующие краски ложатся на запечатанную поверхность в меньшем количестве, чем на бумагу или на сухую краску. Красковосприятие обычно контролируют по бинарным элементам шкалы оперативного контроля печатного процесса, образуемым наложением двух красок в процессе печатания.

Механизм закрепления красок на оттиске. На запечатываемом материале краски должны высыхать или задубливаться. Закрепление должно обеспечить дальнейшие технологические операции и использование готовой продукции. Красочный слой не должен смазываться, переходить на декель (резинотканевое полотно, регулирующее давление между цилиндрами), перетискиваться на оборотную сторону листов при укладывании их в стопу.

Закрепления краски на оттиске, т.е. образование прочной несмазывающейся пленки на относительно пористой бумаге, это сложный физико-химический процесс, который занимает определенное время. В некоторых случаях краска закрепляется в течении нескольких часов, в др.  — это сек. (даже доли сек.).

Принципиально различают физические (впитывание и испарение) и химические (окислительную поли­меризацию, лучевое задубливание) способы закрепления. Часто применяются комбинации этих способов. Особенностью всех является затвердевание краски при переходе из жидкого состояния в твердое.

Краска должна хорошо схватываться с запечатываемым материалом. Обычными являются следующие варианты (а также комбинации):

• краска закрепляется, механически на поверхности запечатываемого материала (проникает в поры, поглощается волокнами бумаги), этому способствует давление печати (например, офсетной);

• краска благодаря капиллярному действию проникает в поверхностные капилляры запечатываемого материала (например, струйная печать);

• краска закрепляется благодаря полярным взаимодействиям (химические/физические эффекты) между нею и запечатываемым материалом, особенно на очень гладких поверхностях.

Механизм и скорость образования красочной пленки на оттиске, ее структура и прочность зависят от состава краски, свойств бумаги, толщины красочного слоя, температуры окружающей среды и т.д.

Краски, изготовленные на высыхающих связующих, присоединяют кислород воздуха и в результате хим. процессов (окисление и полимеризация связующего) образуют на оттиске прочную пленку. При этом происходит и частичное впитывание краски верхним слоем бумаги.

Для листовой офсетной и высокой печати пастообразные краски на масляной основе — быстровысыхающие. Комбинация впитывания и испарения ускоряет высыхание и позволяет запечатывать вторую сторону листа бумаги или быстрее отправлять продукцию на послепечатную обработку.

Краски, содержащие невысыхающие масла (газетные), образуют на оттиске более тонкую и менее прочную пленку за счет впитывания всей краски слоями бумаги, далее происходит глубокое проникновение связующего, при котором пигменты и смолы отфильтровываются волокнами бумаги (адсорбция).

Закрепление красок за счет испарения летучего растворителя с частичным впитыванием в верхние слои бумаги происходит в глубокой печати, оставшаяся на поверхности пленка состоит из смолы с частицами пигмента. Водно-дисперсионные лаки, флексографские краски (на водной основе либо на основе растворителей) также высыхают при испарении растворителя.

Краски, где в качестве связующего используются многокомпонентные лаки, имеют свои особенности. При закреплении избирательно впитываются бумагой низковязкие компоненты связующего и испаряются органические растворители, происходит слипание оболочек, окружающих пигменты, что приводит к образованию мягкой гелеобразной красочной пленки, которая затем затвердевает.

Для интенсификации пленкообразования краски на оттиске используют различные способы сушки: обдув горячим/холодным воздухом, сушка ИК-лучами, УФ-сушка (в зависимости от краски, от вида запечатываемой бумаги, хода технологических процессов и требований к качеству печати).

УФ-краски не содержат летучих субстанций, используются полимерные связующие (мономеры или олигомеры). При действии УФ-излучения фотоинициаторы вызывают реакциию полимеризации, в результате образуется прочная красочная пленка. Этот процесс используется в плоской офсетной печати, флексографии и глубокой печати. УФ-краски используются преимущественно при печати на невпитывающих материалах, таких, как пластмасса и жесть, а также на высококачественных картонажных изделиях и этикетках.

Применяются также краски, отверждаемые под воздействием электронного излучения (ЭЛ-краски), которое действует прямо на связующее вещество проникая глубоко в толщу красочного слоя, что позволяет отказаться от фотоинициаторов.

Основные преимущества красок, отверждаемых УФ излучением и электронным лучом:

• «мгновенное» (1–100 мс) высыхание или затвердевание и, следовательно, возможность немедленной послепечатной обработки; отсутствие растворителя; не высыхает на валиках красочного аппарата; отсутствие или только небольшое нагревание запечатываемого материала в процессе печати; высокая механическая стабильность и химическая устойчивость.

Недостатки: дороже, чем стандартные печатные краски; сушильные устройства технически очень сложные; нужно по гигиеническим причинам аккуратное обращение с красками при использовании.

Лекция 9

4.3.4. Офсетные краски. Печатные краски для глубокой печати. Краски для типографской, флексографской, трафаретной, тампонной печати.

Офсетные печатные краски. Для офсетной печати необходимы пастообразные печатные краски высокой вязкости (динамическая вязкость η = 40…100 Па • с). Краска должна быть так составлена, чтобы она не высыхала на раскатных валиках красочного аппарата, а также при переносе с печатной формы на резинотканевое полото. Слой краски 0,5–1,5 мкм.

Офсетные краски имеют следующие компоненты:

• фирнисы (связующие вещества) состоят в основном из твердых смол (20–50%) с высоким содержанием канифоли, алкидных смол (до 20%) с содержанием растительных масел (до 30%), таких, как льняное, соевое, а также минеральных масел (20–40%) и различных сиккативов (<2%);

• пигментная часть (красители) зависит от цветового тона и количественно составляет 10–30%;

• вспомогательные добавки имеют долю до 10% (катализаторы сушки; воски для улучшения прочности на истирание; вещества, предупреждающие преждевременное высыхание и образование пленки в банке с краской или на поверхности красочного ящика; в офсетном способе без увлажнения к краске примешивается силиконовое масло, препятствующее переносу краски на пробельные элементы формы).

Процентное соотношения некоторых компонентов краски может значительно меняться в зависимости от запечатываемого материала и требований к готовой продукции.

Краски на основе нефтепродуктов (олифы) обладают прекрасными печатными свойствами, однако они содержат летучие органические соединения, которые обладают свойствами, неблагоприятными для окружающей среды. В красках на растительной основе используется соевое, льняное, рапсовое масло, частично или полностью заменяя нефтепродукты. Эти краски дороже традиционных красок, но они создают насыщенный и плотный цвет.

Краска должна обеспечивать печатно-технологические требования к офсетной печати. Особое значение имеют прозрачность (из-за субтрактивного смешения при наложении красок) и склонность к эмульгированию (взаимодействие краски и увлажняющего вещества).

Печатные краски для глубокой печати. Существенные различия между красками глубокой и офсетной печати заключаются в вязкости. В глубокой печати требуется жидкая краска (η = 0,05…0,2 Па • с, а в иллюстрационной глубокой печати даже с вязкостью 0,01 Па • с), которая при высокой скорости печати может заполнять ячейки форм. Красочный слой м.б. и более 2 мкм.

Красочный аппарат глубокой печати – самый «короткий» (кратчайший путь краски от красочного ящика до бумаги) из всех применяемых традиционных видов печати. Он включает красочный ящик, из которого краска поступает прямо на печатную форму, и ракель. Закрытая система аппарата позволяет использовать краски с низкой вязкостью. Химическая рецептура красок в связи с прямым переносом на запечатываемый материал допускает принципиально большие возможности варьирования состава. Составление и изготовление красок глубокой печати проще, чем офсетных.

Растворители имеют особенно большое значение при составлении красок для глубокой печати. Они обеспечивают низкую вязкость, с их помощью можно изменять также концентрацию пигментов или оптическую плотность краски. Для печати иллюстраций и упаковки применяют совершенно различные растворители в связи с различными требованиями к современной упаковке.

Для печати иллюстраций используется толуол (это продукт нефтехимии, бесцветная горючая жидкость). Являясь идеальным растворителем для используемых компонентов связующего, высыхает при сравнительно невысоких затратах энергии. Отработанный толуол может регенерироваться с очень высоким выходом в спец. устройствах. Используется также бензин (из-за опасности возгорания во многих государствах запрещены к использованию).

Важнейшие растворители для глубокой печати на упаковках:• этиловый спирт;• этилацетат (уксусный эфир);• вода (также совместно с органическими растворителями, такими, как, например, спирты).

Для выполнения особых требований к упаковке (например, никакой реакции с упакованным продуктом или впитывания запаха) применяют печатные краски, содержащие различные органические растворители. Однако их использование значительно меньше, чем неорганических растворителей.

Печатные краски для флексографской печати. В флексографской печати краски по вязкости близки краскам глубокой печати (0,05–0,5 Па • с), а толщина слоя достигает 1 мкм.

Регулировка вязкости краски особенно важна для достижения высокого качества печати. При этом не должно быть выдавливания краски за края участков изображения. Краски должны иметь высокую плотность, хорошее расщепление наносимого слоя, а также обеспечивать заполнение ячеек на анилоксовом (растровом) валике. Ассортимент различных пигментов при изготовлении краски во флексографском способе печати очень разнообразен, что ведет к широкому спектру их применения для выпуска продукции.

Как в глубокой, так и в флексографской печати решающую роль играет тип растворителя. Он испаряется после нанесения на запечатываемую поверхность благодаря подводу тепла. В результате на оттиске остается сухая красочная пленка. В многокрасочной печати применяют промежуточную сушку, т. к. печать «сырое по сырому» ведет к переносу предыдущей нанесенной краски в следующий красочный аппарат. Во флексографии используют преимущественно следующие растворители: этилацетат; спирты; воду.

В качестве красящих веществ служат в основном пигменты. Водорастворимые краски используются преимущественно в упаковочной печати, УФ-краски преобладают при печати этикеток.

Печатные краски для типографской печати. В типографской печати, которая применяется относительно мало, используют пастообразные краски (η = 50–150 Па • с), главные составные части которых – органические и неорганические пигменты и фирнисы. На бумаге и картоне они высыхают, как и офсетные печатные краски, за счет впитывания запечатываемым материалом, а затем за счет реакции окислительной полимеризации. При печати на невпитывающих материалах – как на прозрачной, так и металлизированной бумаге – высыхание происходит при использовании так называемых фолиевых красок исключительно за счет реакции окислительной полимеризации.

Печатные краски для трафаретной печати. Очень разные физические и химические свойства используемых материалов предполагают большой ассортимент трафаретной краски.

Краски для нанесения изображений на пластмассе, аналогичны по рецептуре краскам для глубокой и флексографской печати. Вязкость подбирается сообразно желаемой толщине слоя краски и линиатуры сетки. Высыхание происходит путем испарения летучих растворителей и ускоряется при действии теплого воздуха. Для печати по бумаге и картону, напротив, используются матовые и глянцевые печатные краски на основе масел и олиф, закрепляющиеся преимущественно путем окислительной полимеризации. Частично в трафаретной печати используются УФ-краски.

Характерным для трафаретной печати является возможность переноса толстого слоя печатной краски, который составляет 12 мкм и больше.

Печатные краски для тампонной печати очень похожи на краски, используемые в трафаретной печати, но они имеют более низкую вязкость (были разработаны на основе трафаретных). Краски обладают очень высоким пигментированием (около 30%). Широкий ассортимент материалов требует использования соответствующих красок. Они являются преимущественно быстросохнущими благодаря испарению растворителя. Для определенных материалов используются также краски с химическим закреплением. Содержание растворителя, а также замедлители и ускорители сушки подбираются в соответствии с требуемым временем высыхания и скоростью печати. Прилипание краски к запечатываемой поверхности намного больше, чем к тампону. При использовании тампонной краски для запечатывания пластиковых поверхностей особенно важна хорошая адгезия краски, что достигается путем введения добавок.

Красящие вещества для электрофотографии и струйной печати. В электрофотографии красящее вещество называют тонером, перенос на бумагу — посредством электростатических сил. Тонеры могут быть сухими и жидкими.

Сухие тонеры производят, как правило, в процессе плавления и перетира, при этом частицы тонера имеют более или менее правильную форму. Сухие тонеры фиксируются на бумаге под действием тепла (нагретые валики, инфракрасный излучатель) и слабого давления.

Тонеры согласовываются с соответствующими параметрами процесса модели копировального или печатающего устройства. Толщина слоя на бумаге при сухом тонере составляет от 6 до 15 мкм после затвердевания. Ассортимент материалов, подлежащих запечатыванию, в сравнении с офсетным и другими способами печати ограничен. Цветные тонеры для многокрасочной печати можно производить только в ограниченной цветовой гамме. Так как темный оксид железа имеет большую долю в составе однокомпонентного тонера, светлые и прозрачные цветовые тона являются трудно реализуемыми.

Жидкие тонеры распространены меньше. Они содержат красящие вещества – преимущественно пигменты (частицы меньше, чем порошковых тонеров, около 1–2 мкм), находящиеся в жидком связующем. В идеальном случае наноситься на бумагу должны только частицы тонера; жидкая основа должна быть при этом удалена. Малые частицы, тонкий слой краски и высокое разрешение дают возможность получать изображения, подобные офсетному способу печати. Затраты на изготовление и печать при их применении значительно больше, чем в системах с сухими тонерами.

Красящие вещества для струйной печати (чернила) характеризуются низкой вязкостью. В их составе могут быть красители и пигменты. Краски должны быть хорошо отфильтрованы, чтобы агломераты пигментов или посторонние включения не засоряли узкие каналы и сопла (форсунки) печатающей головки. В зависимости от вида струйной печати и запечатываемого материала находят применение различные жидкости в качестве носителя.

Из-за малой вязкости краски результат печати сильно зависит от запечатываемого материала. Краски имеют склонность к растеканию и впитыванию или на невпитывающих поверхностях (пленках) – к отталкиванию жидкости. Капли различных цветов могут сливаться. Запечатываемый материал может вследствие высокого содержания жидкости (от 90 до 95%) деформироваться (волны). Специальные поверхностные покрытия удерживают жидкость и предотвращают растекание краски.

7