Курсовая работа: Металлизированные краски и их основные особенности

Таблица 1. Оттенки золотисто-бронзовых красок

Наименование	Цвет	Медь	Цинк
Reichgold/Richgold	Зеленоватый	70%	30%
Reichbleichgold/Richpalegold	Желтоватый	80%	20%
Bleichgold/Palegold	Красноватый	90%	10%

Получение металлизированных пигментов состоит из целого ряда производственных этапов. Сначала алюминиевые электроды распыляют в электрическом поле при температуре чуть выше температуры плавления алюминия при высоком давлении и получают гранулы размером от нескольких до сотни микрон. Далее полученные гранулы перемалывают в шаровых мельницах в присутствии органических кислот, как смазочного материала, чтобы избежать холодного спаивания металлических частиц. После перемалывания частицы алюминия не только меняют свой размер, но и приобретает пластинчатую форму. Следующий этап – просеивание, удаляются агломераты и выделяются фракции металлика с максимально узким распределением по размеру. На заключительной стадии производства металликов частицы проходят поверхностную обработку для придания специфических оптических свойств.

Металлики делятся на два типа: всплывающие и невсплывающие, что характеризует степень смачиваемости пигментов в краске. Всплывающие пигменты из-за высокого поверхностного натяжения не смачиваются и всплывают на поверхность мокрой пленки при нанесении на изделие и ориентируются параллельно подложке.

Невсплывающие, напротив, полностью смачиваются связующим и равномерно распределяются по всей толщине лакокрасочного покрытия. Металлики всплывающего типа дают ровный серебристый блеск, так называемый хром-эффект или эффект хромирования.

Краска металлик характеризуется двумя основными параметрами: блеском (metallicbrilliance) и искрением (sparkle-effect). Первый описывает уровень отражения, другими словами, чем выше доля отраженного света по отношению к рассеянному или поглощенному, тем большим блеском характеризуется эффект металлика. На практике чем более совершенна поверхность металлизированного пигмента (отсутствие дефектов), чем выше отношение площади к периметру отдельного пигмента (в идеале – круглый диск) и чем уже распределение по размеру частиц, тем выше показатель брилеанса. Очень мелкие пигменты с нерегулярной формой и широким распределением по размерам дают просто серый цвет мало напоминающий серебристый металлик. Искрение наблюдается, когда можно увидеть отражение от отдельных частиц металлизированного пигмента. Для этого эффекта важен размер частиц, он должен быть от 25 микрон и более. Также большую роль играет идеальность формы, распределение по размеру и ориентация металлика в пленке краски.

При использовании в краске металлик только алюминиевого металлизированного пигмента получается серебристый металлик. Для придания, какого либо цвета краске, например синий металлик, зеленый металлик или серый металлик в краску вводят высокодисперсные колеровочные пигментные пасты. Таким же способом можно при покраске получить золотой или бронзовый металлик, соответственно. Использование напрямую медных, бронзовых или латунных пигментов ограничено из-за слабой их светостойкости и атмосферостойкости.

Как известно, краски — это не только пигмент. Это дисперсии пигментов в связующем — в воде или пленкообразователях. К примеру, для масляных красок пленкообразователями выступают масла (высыхающие и олифы), для эмалевых — лаки, для клеевых — крахмал или казеин, силикатных — жидкое стекло, эмульсионных — водные дисперсии синтетических полимеров. Теперь производители металлизированных красок чаще всего поставляют их уже готовыми, а в прежние времена такие краски поставлялись на полиграфические предприятия только в виде двухкомпонентной системы, состоящей из пигментной пасты и связующего. Процесс приготовления красок при помощи дрели с насадкой-смесителем требовал большой аккуратности и ловкости. Нужно было получить однородную массу с гладкой поверхностью, но при чересчур старательном размешивании хрупкие металлические чешуйки повреждались и уже не давали нужного блеска. Каждая частица металлического пигмента, или шлифа, — это не комок, а неправильной формы плоский листик, чешуйка, пластинка тонко расплющенного металла. За счет наложения этих частиц при печати друг на друга и обеспечивается требуемый металлический эффект.

Для разных способов печати применяется пигмент из того же самого металлического сырья, но с частицами разного размера. Для офсетной и высокой печати нужны чешуйки толщиной около 0,1 микрона и диаметром 3,5 микрона. А для глубокой и флексографической печати частицы шлифа с такой же толщиной имеют диаметр от 8 до 9 микрон. Казалось бы, самый простой способ усилить блеск — это применить пигмент с увеличенными частицами. Но для хороших кроющих свойств в краске нужно поддерживать достаточно высокое содержание пигмента, а увеличение размеров металлических частиц ведет к ослаблению действия связующих веществ и оседанию, выпадению бронзовых или алюминиевых пигментов в осадок. Срок хранения готовой краски резко сокращается. При глубокой печати наличие в краске частичек размером свыше 10 микрон ведет к образованию на оттиске поглощения и других дефектов — в основном, из-за нежелательного накапливания краски позади ракеля. Такие наслоения краски время от времени "выскакивают" из-под ножа, заметно ухудшая качество готовой продукции. Отсюда следует, что в металлических печатных красках нельзя использовать частицы произвольного размера, а при комбинировании надо придерживаться определенного баланса.

Сухой металлический порошок превращается в пригодную для печатных процессов краску благодаря связующим, обволакивающим и несущим каждую частицу пигмента. Предварительно порошок слегка увлажняют для облегчения последующего смешивания. Естественно, состав связующих у красок, предназначенных для разных способов печати, разный. В состав фирнисов (приготовленных связующих) для офсетных красок входят твердые смолы (модифицированная канифоль и/или углеводородная смола), алкидная смола на растительной основе, минерально-масляный разбавитель, растительные масла, структурообразователи. Связующие для красок, используемых в глубокой печати, включают в себя производные целлюлозы (нитроцеллюлоза, этилцеллюлоза, целлюлозаацетатбутират и целлюлозаацетопропинат), полиамидные смолы, сополимеры винила и другие смолы.

Всего в производстве красок применяются не менее тысячи наименований компонентов связующих. Понятно, что количество возможных комбинаций бесконечно. Вот почему разработано столько серий красок, различных по своим свойствам, хотя пигментов для металлизированных красок изначально только два. Меняется состав, меняются пропорции компонентов, меняются свойства продукции. Естественно, прежде всего, при создании композиции краски учитывается метод печати. Так, краски для высокой и офсетной печати должны быть гораздо более вязкими, чем краски для глубокой и флексографской печати. И тут решающее значение приобретает выбор растворителя и определение его пропорции.

В офсетных машинах красочный аппарат состоит из множества валиков, и краска довольно долго находится в машине. Если бы она содержала легколетучие растворители, то успевала бы, высыхая, много раз изменить свои свойства за время печатания, чего не должно быть ни в коем случае. Поэтому в офсетных красках используются малолетучие разбавители с очень высокой (до 300 градусов и выше) температурой кипения — минеральные масла (см. таблица 2).

Таблица 2. Диапазон кипения разбавителей для офсетных красок (в градусах Цельсия)

Для красок хит-сет	240-290
Для красок листовой офсетной печати	280-310
Для красок колд-сет	280-370

Количество разбавителя в пастообразных офсетных красках обычно не превышает 30%. А вот в составе жидких красок для глубокой и флексопечати очень много — более 65% — растворителя. В идеале он должен иметь минимум цвета, запаха и токсичности, а также испаряться без остатка. Растворители для жидких красок кипят при низких (до 100 градусов) и средних (до 150 градусов) температурах. Только диацетоновый спирт, который уже не используется в производстве красок, относился к высококипящим (точка кипения 166 градусов Цельсия).

Говорить что-либо конкретное о химическом составе красок и, особенно о новых рецептурах и технологиях не принято, так как производители держат эти сведения в секрете друг от друга.

В производстве красок для глубокой печати в качестве растворителей до недавних пор применяли толуол (бесцветная горючая жидкость, добываемая из каменноугольной смолы и продуктов нефтепереработки) и другие вредные с точки зрения экологии ароматические углеводороды. Понадобилось найти им приемлемую замену. При создании металлизированных красок нужно учитывать, что металлические пигменты лучше всего взаимодействуют с неполярными растворителями, имеющими высокое поверхностное натяжение. Использовать в этом случае низкомолекулярные спирты нежелательно. На одной из стадий производства металлической краски к пигменту добавляется смазочный материал на основе концентрированной жирной кислоты, чтобы придать поверхности металла гидрофобные и олеофобные свойства. Но низкомолекулярные спирты разрушают получившуюся на поверхности металла защитную пленку. Удовлетворительный результат дает изопропиловый ацетат, который является хорошим растворителем для типичных связующих, применяемых в металлизированных красках, и оставляет после себя меньше следов, что особенно важно для кондитерской и табачной упаковки. Изопропилацетат - легколетучий растворитель,- может в небольших количествах использоваться также и в офсетных металлизированных красках.

Применение вместо толуола сложных эфиров сказывается на смачивающей способности растворителя. Одним из важных преимуществ толуола была способность прекрасно смачивать цилиндр в точке контакта с ракельным ножом в ходе печатания тиража, улучшать скольжение и качество работы ракеля, что положительно сказывалось на качестве готовой продукции. С эфирными растворителями степень смачивания снизилась, и это нужно как-то компенсировать. В отсутствие ароматических углеводородов наиболее эффективный способ повысить смачивающую способность — это использовать пластификаторы — субстанции с низкой летучестью, которые улучшают пластические качества смол и одновременно могут действовать как смачивающие вещества в рецептуре металлизированных красок. /1/

При взгляде на химическую формулу типичных смол или канифолей, которые используются в промышленности, видно, что это высокомолекулярные соединения, в которых молекулы связаны между собой только в одном продольном направлении. Химические связи эффективно действуют только по длине полимерных цепочек, а между отдельными цепочками они очень слабые — скорее, физической, чем химической природы, а значит, пригодны для модификации пластификаторами. Степень пластификации зависит от молекулярной структуры полимера и самого пластификатора, а также от силы притяжения между полимерными цепями. Пластификаторы также способствуют испарению летучих веществ растворителя в определенных канифолях. Целлюлозные эфиры имеют свойство соединяться с некоторым количеством растворителя, но в присутствии пластификатора растворитель испаряется лучше и полнее, содержание остаточного растворителя в высохшей красочной пленке минимально.

Мерой эффективности пластифицирующих компонентов является "glasstransitiontemperature" — Tg. Упрощенно эту величину можно представить как температуру стеклования.

Большая часть пластификаторов, базирующихся на дифенилфосфате или глицерилтриацетате, хорошо зарекомендовала себя в большинстве красочных систем. Тем не менее, использовать их надо с осторожностью, так как они могут портить упаковку и понижать прочность красочного слоя.

Казалось бы, выбор смол диктуется выбором растворителей, которые можно применять для металлизированных красок. Поэтому в поисках безвредных технологий пытались обратиться к совершенно новым смолам и растворителям для создания безуглеводородных металлизированных красок. На практике обнаружилось, что многие из уже известных смол, применявшихся ранее в системах на базе толуола, вполне пригодны в сочетании со сложноэфирными и подобными им растворителями. Идеальными оказались низкокислотные акрилы и целлюлозные эфиры, образующие растворы с низкой вязкостью и едкостью (высокая едкость может неблагоприятно повлиять на металлические частицы и вызвать нежелательные химические реакции, поэтому лучше всего подходят для металлических красок смолы с кислотными номерами менее 10).

Чем лучше растворимость и восстановимость смол, тем лучше стойкость и стабильность краски при печати, меньше накопление краски позади ракельного ножа и тем реже появляются полошение и тенение. При создании рецептур красок было бы гораздо проще иметь дело с одной группой смол и одной группой растворителей, однако обычно приходится модифицировать металлизированные краски дополнительными смолами, улучшающими стойкость к истиранию, блеск и другие полезные качества. Но это опять-таки должны быть низкокислотные смолы с хорошей растворимостью.

Изменения в технологии изготовления и применения металлизированных красок были вызваны возросшими требованиями заказчиков и законодателей. Пришлось искать новые красочные рецептуры на основе растворителей и одновременно разрабатывать металлизированные краски на водной основе. В узкорулонной флексографской печати уже сегодня широко применяются водорастворимые металлизированные краски, так как в этом секторе традиционно работают с красками на водной основе и здесь приняты собственные стандарты.

Строго говоря, вода тоже является растворителем, только неорганическим, и относится к очень труднолетучим: число испарения воды — 90, то есть она испаряется в 90 раз медленнее, чем эфир. Кроме того, вода по сравнению с другими растворителями имеет более сильное поверхностное натяжение. Но ведь искусственные смолы, которые применяются в качестве связующего, не растворяются в воде! Чтобы сделать их водоразбавляемыми, смолы эмульгируют в воде подобно дисперсии или нейтрализуют аммиаком или органическими аминами (омыливание). Понятно, что водорастворимые краски сохнут медленнее, чем обычные, и ускорить этот процесс можно повышением температуры, дополнительной вентиляцией, снижением скорости печати и уменьшением высоты стопы. При глубокой печати глубину травления печатного цилиндра также необходимо уменьшить.

Водорастворимые краски сильнее подвержены пенообразованию, чем обычные. К тому же их труднее смывать. Из-за своего химического состава водорастворимые краски и лаки хорошо закрепляются. Поэтому валики и цилиндры должны двигаться до самого завершения работы, а после прогона тиража необходимо все части машины, контактирующие с краской, незамедлительно промыть водой или смесью воды и этанола. Засохшую краску можно удалить с помощью смеси: вода, этанол, аммиак или амин и любое чистящее средство. Этилацетат также хорошо очистит засохшие цилиндры. Краски, содержащие воду, ни в коем случае нельзя оставлять на морозе.

В отличие от грунтовых золотых красок или офсетных бронзовых красок, которые закрепляются в результате окислительной полимеризации, краски по композиции связующего аналогичные дисперсионным лакам не имеют характерного запаха и подходят для печати на упаковках пищевых продуктов и сигарет. По качеству передачи металлического блеска и степени глянца оттиски, полученные с использованием данных красок, которые можно наносить через модифицированную лаковую башню офсетной печатной машины, намного превосходят достигаемый сегодня результат офсетной печати. Эти краски поставляются, как в однокомпонентном, так и в двухкомпонентном виде.

Интересно, что для достижения различных золотых оттенков в этих красках применяются наряду с металлическими интенсивные цветные пигменты с высокой степенью прозрачности. Вводить красочные подцветки можно самостоятельно, используя специальную серию концентрированных красочных паст.

Преимущества становятся очевидными при сравнении данного способа с бронзированием. Для грунтования золотой краской и бронзирования требуются дополнительные рабочие операции и площади для промежуточного хранения оттисков между операциями. К тому же процесс этот трудоемкий и вредный ввиду образования пыли от металлического пигмента.

Таким образом, от состава напрямую зависят печатные свойства металлизированных красок. В следующей главе будут подробно рассмотрены особенности печати данными красками.

2. Особенности печати металлизированными красками