Полиграфические печатные краски Лекция Печатная краска

Полиграфические печатные краски Лекция

Печатная краска – дисперсная система, в которой твердое порошкообразное красящее вещество равномерно распределено и стабилизировано в жидкой или пастообразной фазе связующего. Стабилизация пигмента в краске обеспечивается за счет создания вокруг его частиц защитных оболочек, состоящих из ориентированных молекул компонентов связующего или ПАВ. Красящее вещество определяет оптические и некоторые физико-химические свойства краски. Красящее вещество – химические соединения, имеющие цвет либо способные вызвать или изменить цвет у других веществ.

Красящие вещества Сухие пигменты – это чаще всего тусклые порошки, и только при смешении со связующим проявляются их цветовые свойства. Водные и водноспиртовые растворы красителей называются чернилами. Используются в струйной и флексографской печати. Сухие или жидкие тонеры используются в электростатической печати, обычно не относятся к печатным краскам.

Классификация красящих веществ Красители – красящие вещества растворимые в воде и органических растворителях; Пигменты – красящие вещества твердые порошкообразные вещества нерастворимые в воде и органических растворителях; Лаковые пигменты (красочные лаки) – красящие вещества, полученные путем перевода растворимого красителя в нерастворимое состояние (как правило растворимые цветные вещества осаждают солями двух- и трехвалентных металлов). Имеют недостаток, содержат примеси; обладают меньшей стойкостью к растворителям особенно к спиртам.

краски Краска Пигмент Связующее Цвет Реологические свойства (вязкость, липкость) Термо-, свето- и химическая стойкость Закрепление на оттиске (адгезия) Глянец, прочность к истиранию Добавки Регулировка эластичности, прочности к истиранию, скорости высыхания, вязкости, липкости Плотность краски – это масса, приходящаяся на единицу объема [г/см 3], складывается из плотности пигмента и связующего и их соотношения.

№ п/ п Важнейшие свойства пигментов 1 Физические свойства Кристаллическая структура, показатель преломления, цвет, плотность, твердость, форма и дисперсность, удельная поверхность, растворимость 2 Химические свойства Стойкость к воде и химическим реагентам, реакционная способность, кислотно-основные свойства поверхности 3 Физикохимические свойства Смачиваемость, адсорбционная способность поверхности, светостойкость, фотохимическая активность, плотность и прочность упаковки частиц в агрегатах 4 Технологические свойства Интенсивность, маслоемкость, диспергируемость, структурирующая способность, атмосферостойкость, совместимость с другими компонентами системы, укрывистость

Основные свойства пигментов Цветовые; Дисперсность; Маслоемкость; Коэффициент преломления; Плотность; Жесткость; Устойчивость к свету, температуре, воде, химическим реагентам (инертность)

Основные свойства пигментов Дисперсность – размерная величина обратная размеру частиц пигмента, чем выше дисперсность, тем меньше размер частичек пигмента. Когда размер частиц соизмерим с длиной волны излучения, частицы начинают бронзировать и появляется металлический блеск. Любой пигмент полидисперсен, поэтому дисперсность характеризует усредненный размер частиц 0, 01 -0, 30 мкм. Нижний предел размерной величины ограничен размером пор запечатываемого материала 0, 01 мкм. Верхний предел размерной величины ограничен толщиной красочного слоя 1, 0 -1, 5 мкм. Оптимальный размер частиц в краске 0, 1 -0, 3 мкм. Дисперсность влияет на интенсивность цвета глянец печатного оттиска, маслоемкость и тиксотропные свойства печатной краски. и

Основные свойства пигментов Маслоёмкость – характеризует способность пигментов смачиваться маслом, зависит от химической природы пигмента и связующего (условный показатель взаимодействия пигмента со связующим). Количественно маслоёмкость оценивается как минимальное количество связующего, которое требуется для перевода 100 г пигмента из порошкообразного в пастообразное или жидкое состояние без механического воздействия на пигмент. М= Маслоемкость пигментов - 30 – 180 % (200%)

пигмента По маслоёмкости можно рассчитать ПДК пигмента. Предельная концентрация пигмента в краске С пред. = Концентрация пигмента в краске С кр. = Чем меньше маслоёмкость, тем выше предельная концентрация пигмента, а значит выше интенсивность цвета краски. Интенсивность – способность пигментов создавать заданную окраску при малом или большом их количестве на оттиске.

Основные свойства пигментов Прозрачность/кроющая способность очень важное свойство печатных красок, зависит от соотношения коэффициентов преломления пигмента и связующего. Условие получения прозрачной краски: Природа пигмента определяет Коэффициент преломления Прозрачность/Кроюща я способность

Основные свойства пигментов Плотность – физическая характеристика материала. Плотность пигмента – масса, приходящаяся на единицу объема, d=m/v (г/см 3). Плотность пигмента Плотность краски Стабильность краски Расход краски Себестоимость продукции

Основные свойства пигментов Плотность зависит от природы пигмента (химического состава и строения). Жесткость зависит от химической природы пигмента. Она влияет на абразивность печатной краски. Частицы пигмента должны быть мелкими, мягкими и желательно округлой формы. Абразивность приводит к быстрому износу печатной формы. Пигменты должны иметь минимальную жесткость частиц. Устойчивость к свету, температуре и химическим реагентам также зависит от природы пигмента.

Основные свойства пигментов Светостойкость – способность пигментов не изменять своего цвета в течение длительного времени под воздействием света. Светостойкость зависит от природы пигмента, среди которых есть светостойкие и несветостойкие. Высокая светостойкость важна для такой продукции, как плакаты, портреты, географические карты, афиши. При печати массовых книжных изданий, журналов, газет используют пигменты со средней светостойкостью. Светостойкость оценивается по восьмибальной системе, сравнение УФоблученного оттиска с необлученным.

Основные свойства пигментов Химическая стойкость – способность пигмента не изменять своего цвета, не растворяться в воде и других химических реагентах. При выборе пигмента учитывают способ печати, характер печатной продукции, условия ее потребления. При искажении цвета теряется четкость и точность изображения. Водостойкие пигменты применяются в офсете, при выпуске продукции, такой как афиши, плакаты, морские карты, этикетки и др. Печатная продукция, которая покрывается лаком, требует применения спиртостойких, водостойких и маслостойких пигментов. Химическая стойкость оценивается по пятибальной системе.

Классификация пигментов По способу получения Природные Синтетические Декоративные § По цвету – бесцветные, черные и цвета металлов, так называемые металлические. § По прозрачности – прозрачные, полупрозрачные и непрозрачные (кроющие). Черные и металлические пигменты – кроющие. Цветные пигменты могут быть кроющими, полукроющими и прозрачными.

Классификация пигментов По химическому составу Неорганические Цветные (белые, черные, синие) Железоокисные Декоративные Флуоресцентные Перламутровые Металлические Органические Фталоцианиновые Трифенилметановые Азопигменты

Свойства пигментов Неорганические • высокая светостойкость; • малая маслоемкость; Органические • невысокая и средняя светостойкость; • высокая жесткость; • относительно высокая маслоемкость; • ограничение в цветовой • мягкость, легкость; гамме; • Низкая дисперсность • разнообразная цветовая гамма.

Черный пигмент Сажа – технический углерод в виде мелких частичек используют в качестве черного пигмента, обладает антисиккативным свойством. Сажа инертный, легкий, высокодисперсный пигмент с мягким зерном и высокой удельной поверхностью; свето-, кислото-, водо-, щелоче- и темтературоустойчивый, склонен к структурообразованию. Плотность сажи 1, 78 -1, 88 г/см 3 Все разновидности сажи получают методом сжигания. Сырьем для сажи служат газообразные или жидкие углеводороды и другие органические вещества, а также окислы углерода.

Для полиграфических целей сажу получают из метана и ацетилена: СН 4 =С + 2 Н 2 (2 Н 2 + О 2 = 2 Н 2 О) реакция проходит при t>900 о. С Газовая канальная сажа (наиболее востребована) Сжигание метана при недостатке воздуха в горелках. Модификация газовой канальной сажи (для Газовая печная сажа (самая дешевая и Ацетиленовая сажа (дорогая, склонная к интенсивных и иллюстрационных красок); грубодисперсная с явным коричневым оттенком) Объемное сжигание метана в печах. Выход в 5 раз выше , чем канальной. структурированию, используется как добавка от пыления черной краски) Термическое разложение ацетилена.

Свойства пигментов В России печатные краске выпускают в Торжке. Выпускаются, главным образом, в широком ассортименте черные краски. Сегодня эти краски неконкурентоспособны, по основным показателям, хуже импортных аналогов и достаточно дорогие. Неплохие отечественные газетные краски. Полиграфическая промышленность работает в основном на импортных красках. Большее применение нашли органические пигменты – они более мягкие, позволяют получать большую цветовую гамму, обладают большей чистотой цвета, имеют высокую стойкость к химическим реагентам. В небольшом количестве используются пигменты неорганического происхождения, полученные искусственным путем.

Металлические пигменты – грубодисперсные порошки с частицами в виде чешуек, полученные измельчением металлов или сплавов. «Серебристые» пигменты – чистый алюминий с плотностью 2, 56 -2, 7 г/см 3 и толщиной чешуек 0, 1 -0, 5 мкм. Получают металлические пигменты механическим измельчением тонкой фольги с последующей полировкой частиц. Для предотвращения от окисления частички покрывают слоем парафина. Металлические пигменты хранят в виде паст.

Связующее – жидкая или пастообразная фаза краски, связывает пигмент в единую дисперсную систему. Требования к связующему: смачивать пигмент, не вступая в химическое взаимодействие с ним; быть прозрачным, чтобы не ухудшать цветовые свойства; удерживать пигмент на поверхности оттиска; иметь определенную вязкость и липкость; обеспечивать образование прочных пленок

Связующее обеспечивает печатно-технические свойства; закрепление краски на оттиске Связующее Пленкообразователи Твердые Растворители Жидкие

Пленкообразователи Смолы – вещества твердые по агрегатному состоянию и аморфные по структуре. Как правило это смесь одинаковых по химическому составу веществ, незначительно отличающихся по строению. У смол нет определенной температуры плавления, но есть температурный интервал размягчения. Качество и прочность красочного оттиска тем выше, чем выше температура размягчения смолы. Смолы, которые используются в полиграфии имеют относительно невысокую молекулярную массу и содержат активные функциональные группы, способные к межмолекулярным взаимодействиям. Концентрация и вязкость смолы отвечает за вязкость связующего раствора. Твердые смолы выполняют роль пленкообразователей. Алкидные вводятся для стабилизации и улучшения смачивания пигмента, увеличения эластичности оттиска.

Требования к смолам ü ü ü Основная функция - пленкообразование; Высокая температура размягчения; Хорошая растворимость; Должны иметь сродство к растворителю, чтобы часть растворителя удерживать в слое, а большая часть при этом должна легко испаряться; Должны образовывать липкие растворы; Должны быть инертными к другим компонентам; Необходима совместимость с другими смолами; Должны быть прозрачными по мере возможности; Должны обеспечивать хорошую адгезию к материалу; Должны обеспечивать глянец красочного оттиска; Должны быть безвредными

Ассортимент смол Сложные эфиры канифоли; Фенолформальдегидные смолы модифицированные канифолью; Канифольно-малеиновые смолы; Соли канифоли (резинаты); Эфиры целлюлозы (нитро-, этил-, ацетат-); Полиамиды; Сополимеры стирола; Поливинилхлорид; Алкидные; Циклокаучуки; Полиуретаны; Из природных – битум и шеллак

Алкидные смолы получают на основе растительных масел (разной функциональности), многоатомных спиртов (глицерина, пентаэритрита) и двухосновных кислот (фталевой, малеиновой). Марки алкидных смол обозначаются начальными буквами исходных веществ (ГФЛ - глифталевая, ПФЛ пентафталевая). В зависимости от степени полимеризации алкидные олифы и смолы могут иметь различную вязкость (до 300 пуаз олифа, а более 300 пуаз - смола). Олифы и смолы прозрачные жидкости с желтоватым до коричневого оттенком, хорошо растворяются во всех растворителях. Алкидные смолы входят как один из компонентов в состав комбинированных и оксиполимеризующихся связующих, используются для улучшения печатнотехнических свойств, прочности и эластичности пленки, но при этом могут увеличивать время высыхания.

Растворители Растворитель- жидкость, при помощи которой твердые органические вещества (смолы) могут быть переведены в растворы без химического взаимодействия, т. е. в однородные системы переменного состава двух или большего числа компонентов. Растворитель придает текучесть и нужен для корректировки вязкости печатной краски. При выборе растворителей определяющее значение имеет растворяющая способность, токсичность и пожаро- и взрывобезопасность. Растворители д. б. доступными и дешевыми.

По летучести растворители делятся на четыре группы: 1. 2. 3. 4. Быстролетучие растворители (толуол, ксилол, бензол, этилацетат и др. ); Среднелетучие растворители (спирты, бутилацетат и др. ); Медленнолетучие растворители (керосиновые фракции- РПК-240, РПК-260, РПК 280, уайт-спирит, скипидар и др. ); Практически нелетучие растворители (минеральные и растительные масла) Чем выше летучесть растворителя, тем быстрее высыхает краска

Растворители Летучесть зависит от температуры кипения и теплоты испарения, первая возрастает по мере увеличения молекулярной массы растворителя, вторая зависит от полярности его молекул. Полярные растворители: вода, спирты, кетоны, … Неполярные : углеводороды, сероуглерод, … Способность к испарению определяется коэффициентом испарения, то есть числом показывающим во сколько раз время испарения данного растворителя превышает время полного испарения такого же количества диэтилового эфира, принятого за эталон сравнения. Закрепление красок глубокой и флексографской печати происходит за счет процесса испарения.

растворителям ü ü ü Высокая растворяющая способность; Должны способствовать смачиванию поверхности запечатываемого материала; Летучесть (способность к испарению); Должны быть инертными по отношению к растворяющему веществу, а также к другим компонентам и оборудованию; Должны быть регуляторами вязкости ; Должны быть малотоксичными; Иметь низкую горючесть; Должны быть прозрачными; Не должны изменять свойств при хранении; По возможности не должны иметь резкого запаха; Должны быть доступными и дешевыми

Растворители Хорошие (активные) Плохие Хорошие растворяют смолы при комнатной температуре до молекулярного или ионного состояния. Плохие ограниченно растворяют смолы при повышенных и высоких температурах. Они меньше связаны со смолой, легче впитываются и быстрее отделяются при закреплении. Часто используется смесь растворителей для достижения требуемых характеристик, для баланса растворимости, реологии и скорости высыхания. Добавление плохого растворителя повышает вязкость за счет агрегации. При впитывании или испарении идет опережающее нарастание вязкости, что приводит к ускорению процесса закрепления. Может наблюдаться значительное высаживание смолы, приводящее к загрязнению печатных и раскатных валов.

Все растворители в соответствии с химической классификацией подразделяются на неорганические и органические. Самый распространенный неорганический растворитель – вода. Большее значение имеют органические растворители. Это прежде всего нефтяные растворители в том числе углеводороды и их галогенопроизводные, спирты, простые и сложные эфиры, кетоны, нитросоединения. Почти все органические растворители физиологически активны. Некоторые из них – ароматические углеводороды, хлорпроизводные, амины, кетоны – при значительных концентрациях могут вызывать серьезные отравления, другие приводят к различным кожным заболеваниям.

Растворители Органические растворители классифицируются по растворяющей способности: Низкая растворяющая способность (нефтяные растворители –бензины, уайт-спирит); Средняя растворяющая способность (ароматические углеводороды, спирты и сложные эфиры); Высокая растворяющая способность (хлорсодержащие углеводороды) Растворители с высокой растворяющей способностью образуют растворы с наиболее низкой вязкостью. Растворяющая способность органических растворителей зависит от соотношения алифатической и ароматической составляющих. Чем больше доля ароматических углеводородов, тем выше растворяющая способность.

Растительные масла Масла – сложные эфиры глицерина и жирных ненасыщенных кислот (олеиновая, линоленовая). Растительные масла в свою очередь делятся на три категории: 1. Высыхающие (льняное, тунговое); 2. Полувысыхающие (подсолнечное, хлопковое); 3. Невысыхающие (оливковое, касторовое, минеральные) Пленкообразование зависит от функциональности масла. У высыхающих масел функциональность оптимальна и равняется 6 -9. Используются при изготовлении красок химического закрепления. В качестве растворителей смол применяют и минеральные масла (МП-1, МП-12), которые используются для изготовления красок, которые закрепляются в результате впитывания растворителя.

Классификация растворителей по химическому строению Парафиновые и нафтеновые углеводороды; Ароматические соединения Хлорированные углеводороды; Простые и сложные эфиры; Спирты; Кетоны; Терпены

Ассортимент растворителей Растительные масла; Минеральные масла; Толуол, ксилол, бензол; Этилацетат, бутилацетат; Этиловый, изопропиловый, амиловый и другие спирты; Вода; Этилцеллозольв; Уайт-спирит; Керосиновые фракции (РПК-240, РПК-280, РПК-320)

Растворители Область применения: Для изготовления печатных красок; Для изготовления лаков; Для отделки печатной продукции; Для изготовления полиграфической фольги; В качестве смывочных растворов; В качестве смазочных материалов

Связующие классифицируются по методу закрепления: 1. Физическое за счет впитывания растворителя; за счет испарения растворителя 2. Химическое за счет окислительной полимеризации; за счет полимеризации под действием УФ-света

Классификация связующих По способу закрепления Впитывание Испарение Химическое плёнкообразование Оксиполимеризация Комбинированное Фотополимеризация

Впитывающие связующие Состав: Твердая смола Минеральное масло (МП-12) Маловязкое растительное масло Свойства: Простые в изготовлении Малая вязкость Не высокая прочность к истиранию Относительно дешевые Предназначены для макропористых материалов Частично пигмент проникает в поры материала Скорость закрепления зависит от впитывающей способности запечатываемого материала

Испаряющиеся связующие Состав: Твердая смола Летучий растворитель (толуол, ксилол, этилацетат и др. ) Свойства: Высокая скорость высыхания Относительно дешевые Малая вязкость Хорошая адгезия к различным материалам Горючие, токсичные Требуется вентиляция и рекуперация Требуется постоянный контроль вязкости при печати

Оксиполимеризующиеся связующие Состав: Твердая смола; Алкидная олифа; Растительные масла; Натуральная олифа; Сиккативы

Характерные особенности оксиполимеризации Высокая прочность к истиранию; Высокий глянец; Высокая эластичность; Относительно медленное высыхание; Отличные печатно-технические свойства; Экологическая безопасность

Оксиполимеризующиеся связующие Факторы, влияющие на скорость высыхания красочных слоев: Температура (чем выше, тем быстрее); Освещенность (чем больше, тем быстрее); Циркуляция воздуха увеличивает скорость; Сиккативы увеличивают скорость; Влажность уменьшает скорость

Механизм высыхания при оксиполимеризации 1. Окисление с образованием неустойчивых соединений (перекиси, гидроперекиси ) -НС=СН-СН 2 - + О 2 -НС-СН=СНO-OH 2. Инициирование ROOH RO° + HO° 2 ROOH ROO° + RO° + H 2 O HO° + RH R° + H 2 O

Механизм высыхания при оксиполимеризации 3. Рост цепи RH + R° °R 2 H ··········· RO° + RH °R-O-RH 4. Обрыв цепи 2 R° 2 R 2 RO° ROOR R° + RO° ROR °R + °OH ROH

Добавки С какой целью вводят добавки? Для получения высокого глянца; Для изменения скорости высыхания; Для повышения устойчивости к истиранию; Для увеличения светостойкости; Для увеличения стойкости к тепловому воздействию; Для увеличения водостойкости; Для устойчивости к маслам, спиртам, кислотам или щелочам; Для повышенной прозрачности или наоборот; Для регулировки вязкости и липкости; Для улучшения адгезии к запечатываемому материалу; Для увеличения стабилизации краски и срока хранения; Для снижения пенообразования;

Добавки Обычно добавки вводят в краску в процессе ее изготовления, но при необходимости могут быть добавлены в готовую краску. Для ускорения окислительной полимеризации вводят катализаторы – сиккативы в количестве не более 3%. При работе с такими красками следует избегать длительных остановок печатных машин. В краски вводятся и антиоксиданты – замедлители окисления и пленкообразования. Необходимость в них возникает, если при остановке машины краска начинает затвердевать на валиках красочного аппарата. Антиоксиданты это ароматические соединения фенолы, амины. Краски в составе которых есть антиоксиданты, иногда называют «ночными» .

Сиккативы – окислы или соли жирных кислот поливалентных металлов, ускоряющие процесс пленкообразования (полимеризацию) Ряд активности металлов в порядке уменьшения: Со, Мn, Рb, Сr, Zn, Са Сопт. = 0, 0022 х А. м. (не более 2 -3% от массы краски) Влияние концентрации сиккатива на время высыхания Сопт.

Сиккативы На практике чаще применяют смешанные сиккативы Чрезмерное применение сиккатива может привести к «остеклению» запечатанной поверхности, вследствие чего она перестанет воспринимать последующие краски или к отмарыванию и слипанию листов в стопе. От введения сиккатива стоимость краски возрастает на 5 – 10%.

Фотополимеризующееся связующее (УФ – закрепление)

Состав: Реакционноспособные мономеры – соединения сравнительно невысокого молекулярного веса и низкой вязкости, содержащие двойные связи и, следовательно, способные к полимеризации (монофункциональные, бифункциональные, полифункциональные). Одна из функций мономера, он является растворителем или разбавителем для остальных составляющих композиции; Реакционноспособные олигомеры – ненасыщенные соединения большего, чем мономеры, молекулярного веса, способные к полимеризации с мономерами. По агрегатному состоянию это жидкости или твердые вещества (ненасыщенные полиэфиры, эпоксиакрилаты, олигоуретанакрилаты). Свойства образующихся красочных пленок определяются природой олигомера; Фотоинициаторы – ускорители полимеризации, вводятся Ингибиторы, соингибиторы в небольших количествах, способны под действием УФ-света регенерировать свободные радикалы или ионы , иницирующие цепную реакцию полимеризации (Н-отрыва, катионные, фотофрагментационные). Фотоинициатор играет роль сиккатива. В качестве фотоинициаторов используют производные бензофенона, антрахинона, тиоксантона, асцилфосфиноксиды и др. ;

Свойства: Высокая скорость полимеризации (несколько секунд и даже доли секунды) Высокая адгезия к разным поверхностям Высокая механическая и химическая устойчивость (прочность к истиранию) Высокий глянец, оттиски не страдают отмарыванием Предназначены для печати на невпитывающих и впитывающих материалах при высоких скоростях Практически не содержат растворителей Не должно быть воздействия дневного света Дорогие, оттиск имеет остаточный запах Высокая агрессивность вызывает аллергию Выделяется в зоне УФ-сушки ядовитый газ озон Краска плохо совмещается по «сырому»

Данный вид красок является однокомпонентным, в нем отсутствует испаряющийся компонент, краска полимеризуется в полном объёме. В результате все 100% перенесённой краски остаются после сушки на запечатанной поверхности. Это позволяет получить более толстый слой краски и соответственно более яркие и насыщенные цвета изображения. Процесс полимеризации краски необратим, поэтому красочные слои долговечные, имеют высокую стойкость к истиранию и химическим воздействиям. УФ- краски имеют гораздо более высокую вязкость, что позволяет достичь меньшего растискивания и получать более плавные тональные переходы. Уф- краски поставляются в готовом виде и не требуют разбавления, что ускоряет технологический процесс. УФ- краски не сохнет в красочном аппарате.

Механизм фотополимеризации 1. Образование первичных радикалов 2. Инициирование (молекула мономера или олигомера) 3. Рост цепи (образование трехмерного полимера) 4. a. b. c. d. e. f. g. Обрыв цепи Факторы, влияющие на скорость высыхания УФ-связующего: состав связующего (химическая природа мономер-олигомерных компонентов); интенсивность и длина волны облучения (продолжительность экспонирования); отсутствие кислорода; оптимальная установка УФ-ламп и соответствие излучения определенной длине волны, широта экспонирования (250 -460 нм); тип и концентрация фотоинициатора; отражение излучения подложкой; толщина красочной пленки;

Радикальная полимеризация замедляется кислородом, который, реагируя с радикалами, тормозит рост цепи. При сильном кислородном ингибировании покрытия остаются липкими и требуют «доотверждения» . Проведение отверждения в атмосфере азота снимает проблему кислородного ингибирования. Воспрепятствовать ингибированию можно путём добавления в краску веществ, легко реагирующих с кислородом, таких как амины. Высокая концентрация свободных радикалов на поверхности перекрывает отрицательное влияние кислорода. Краски УФ-радикального отверждения имеют хорошую адгезию ко всем невпитывающим субстрактам. Минимальное поверхностное натяжение для хорошей адгезии 38 дин/см

Ассортимент запечатываемых материалов для УФ-красок Высокоглянцевые мелованные бумаги и картоны; Комбинированные картоны с полимерным пленочным покрытием; Пленочные материалы; Покрытые металлы (печать по жести).

Комбинированные связующие Состав: Твердая смола Алкидная смола Льняное масло Минеральное масло, керосиновая фракция (РПК 240), уайт-спирит Сиккатив Свойства: Быстрое высыхание Хорошие печатно-технические свойства Хорошие эксплуатационные характеристики красочного оттиска

Комбинированные связующие Закрепление на поверхности материала проходит в два этапа: 1. избирательное впитывание (схватывание) 2. окислительная полимеризация Область применения: Иллюстрационные краски высокой печати Краски для офсетной печати Связующее на водной или спиртовой основе закрепляется в результате частичного впитывания и испарения, применяется во флексопечати, а также на водной основе в художественно-живописных красках.

Приготовление краски Основные этапы приготовления печатных красок: Приготовление связующего (смола и растворитель помещаются в реактор с мешалкой, где перемешиваются при необходимой температуре 120 -260 0 С) Составление замеса (в диссольвере смешивают пигмент и связующее) Вызревание замеса (временной интервал для смачивания поверхности) Диспергирование (шаровые и бисерные мельницы, трехвалковые краскотерочные машины, а для равномерного диспергирования за счет усилия сдвига ультразвуковые установки) Корректировка свойств с помощью добавок

Диспергирование 1. 2. 3. 4. Хорошее диспергирование пигмента (перетир)– одно из основных условий получения печатных красок с необходимыми печатно-техническими свойствами. При смешивании пигмента с растворителем отдельные частички могут слипаться, образуя агрегаты. В процессе диспергирования происходит разрушение агрегатов или их уменьшение. Плохое диспергирование способствует наслоению на валиках, печатной форме и рождает целый ряд проблем: Тенение Затекание Абразивность, приводящая к быстрому износу форм Низкое качество оттиска (царапины, нарушение гладкости) Качество диспергирования краски оценивают условной характеристикой - степенью перетира. Удобно контролировать этот показатель с помощью «клина» . Чем меньше значение этого показателя (мкм), тем выше качество диспергирования и как следствие качество готовой краски.

Свойства печатных красок Оптические свойства: Цветовые Прозрачность / кроющая способность Глянец Интенсивность Свето- термостойкость Устойчивость цвета к действию химических реагентов Совокупность этих свойств обеспечивает получение изображения близкое к оригиналу и их долговечность

Оптические свойства Цветовые свойства: Цветовой тон – характеризуется длиной волны монохроматического излучения, создающего эквивалентное зрительное ощущение Яркость (светлота) – способность поверхности красочного оттиска отражать падающие лучи света Чистота цвета (насыщенность) – показывает на сколько данный цвет загрязнен ахроматическим излучением (мера выраженности цветового тона) Яркость выражает количественную характеристику цвета Цветовой тон и чистота характеризуют цвет с качественной стороны

Оптические свойства Прозрачность – способность красочного слоя пропускать световые лучи без изменения направления. Кроющая способность – свойство обратное прозрачности, характеризует способность красочного слоя рассеивать падающий свет. Степень прозрачности зависит от рассеяния света, от соотношения коэффициентов преломления пигмента и связующего. Прозрачность определяется по пятибальной шкале. Цвет запечатываемого материала не влияет у кроющих красок на цвет красочного слоя.

Оптические свойства Глянец – зеркальное отражение излучения (угол падения равен углу отражения) Чем больше доля зеркально отраженных лучей, тем больше глянец красочного оттиска. Для получения высокого глянца в краски вводят высокодисперсный пигмент, большое количество смол, а также используют бумаги с высокой гладкостью и низкой впитывающей способностью. Кроме того оттиски лакируют или ламинируют. Определяют глянец на приборе глянцметр.

Оптические свойства Интенсивность – способность красочного слоя создавать определенной насыщенности цветовое изображение при минимальной толщине красочного слоя. Интенсивность характеризуют величиной обратно пропорциональной толщине красочного слоя , при котором достигается заданная красочная сила. Чем выше интенсивность краски, тем тоньше красочные слои, при этом сокращается расход краски, снижается себестоимость продукции, увеличивается производительность труда, тонкие оттиски меньше деформируются. Наиболее интенсивные офсетные краски.

Оптические свойства Светостойкость – способность краски сохранять цвет под действием интенсивного излучения. Термостойкость – способность краски сохранять цвет под действием повышенных температур. Устойчивость к действию химических реагентов – способность краски сохранять цвет под действием химических реагентов.

Реологические свойства красок Реология – область науки, изучающая текучесть структурированных тел (жидкостей). Реологические свойства красок – сочетание текучести и твердообразности. Текучесть – способность материала необратимо деформироваться при сколь угодно малых нагрузках (количественно характеризуется вязкостью). Предел текучести (Рк) – минимальное напряжение, при котором краска начинает течь. Характеризует прочность коагуляционной системы. В зависимости от характера реологических кривых различат 4 типа структур жидких систем.

Типы реологических структур 1 2 Рк.

Реологические свойства Истинные жидкости подчиняются закону Ньютона и имеют ньютоновскую структуру, которой характерна постоянная вязкость. Связующие относятся к истинно вязким жидкостям имеют постоянную вязкость и для них также характерна ньютоновская структура. Во всех реальных жидкостях при перемешивании слоев относительно друга возникают силы трения. Чем крупней молекула вещества, тем больше сила внутреннего трения. Сила внутреннего трения зависит от природы жидкости. Величину, зависящую от природы жидкости, называют коэффициентом трения (Ƞ).

Закон Ньютона 1) 2) Сила внутреннего трения (напряжение - Р) пропорциональна коэффициенту вязкости; градиенту скорости, показывающему как быстро меняется скорость от слоя к слою За единицу вязкости принята единица - Па • с (пуаз). В условных единицах вязкость измеряют в с и мм.

Реологические свойства красок Печатные краски – двухфазные дисперсные высококонцентрированные системы, в которых происходит структурирование за счет сил межмолекулярного притяжения. А. Жидкая среда - связующее, обладает текучестью. Б. Твердый пигмент склонен к агрегированию и образованию каркаса со свойственной ему прочностью и упругостью. При образовании агрегатов затрудняется течение и повышается вязкость. У красок наблюдаются пластичновязкие (необратимые) деформации. Большинство печатных красок имеют псевдопластический тип структуры.

Реологические свойства красок Тиксотропия – самопроизвольный изотермический процесс образования структуры после ее механического перемешивания (снижение вязкости при механическом воздействии - тиксотропия). О тиксотропных свойствах краски можно судить по изменению предела текучести (Рк). Предел текучести зависит от формы частиц пигмента, состояния их поверхности, от дисперсности и объемной концентрации частиц, от силы природной связи между ними, т. е. от природы пигмента и связующего, от продолжительности состояния покоя краски.

Реологические свойства красок III I - Ƞmax=const II I II - Ƞ #const III - Ƞmin=const

Реологические свойства красок Большое соотношение между значениями вязкости на 1 и 3 участках реологической кривой характеризует аномалию вязкости, а она характеризует степень тиксотропности печатной краски. Чем больше аномалия, тем больше тиксотропность краски. А= Реально работают на 3 участке реологической кривой, когда структура краски разрушена. Требования к вязкости краски зависит от способа печати. Более вязкие офсетные и типографские краски (40 -150 Па с; 40 -100 Па с соответственно). Маловязкие газетные краски и краски глубокой и флексографской печати (0, 05 -0, 2 Па с; 0, 05 -0, 5 Па с соот. ).

Реологические свойства краски Структурирование краски имеет положительные и отрицательные моменты Положительные: а) не образуют длинных тяжей, как следствие не пылят; б) закрепляются быстрее, т. к. увеличивается вязкость и предотвращается отмарывание; в) получаются более четкие контрастные контуры оттисков. Отрицательные: а) в трубопроводах возможно забивание, в итоге остановки машины; б) загустевание в красочном ящике; в) забивание печатной формы и как следствие тенение фона.

Реологические свойства красок Липкость включает 2 явления: 1. смачивание и прилипание к поверхности - это явление характеризуется адгезией; 2. разделение красочного слоя, характеризуется усилием необходимым для разделения внутренних сил сцепления в краске (когезия) Для нормального процесса нужно, чтобы адгезия прилипания краски к форме и бумаге была больше величины разделения красочного слоя. Липкость зависит от вида и концентрации смолы, от скорости разделения красочных слоев (чем > , тем >). Количественно липкость определяется работой, которая затрачивается на разделение единицы

красок Степень перетира; Время первоначального и окончательного закрепления; Стойкость к истиранию; Степень эмульгирования для офсетных красок; Адгезия краски к материалам; Абразивность краски Эти свойства должны обеспечивать подвижность красок, способность хорошо растекаться, легко разделяться в зоне печатного контакта, не вызывать выщипывание волокон бумаги, наноситься тонким равномерным слоем (обеспечивать нормальное течение технологического процесса).

Толщины красочных слоев Способ печати Толщина слоя, мкм Листовой офсет 0, 8 – 1, 3 Рулонный офсет 1, 0 – 1, 5 Высокая печать 2, 5 – 4, 0 Флексопечать 2, 0 – 10, 0 Глубокая печать 5, 0 – 20, 0 Трафаретная печать 15, 0 – 125, 0

Требования к печатным краскам Для высокой печати определенная вязкость определенная липкость Для флексографской печати малая вязкость минимальная склонность к вспениванию требуют корректировку вязкости в процессе печати тиража необходим контроль р. Н водорастворимых красок, чтобы не

краскам Для офсетной печати водостойкость (гидрофобность) высокая вязкость и липкость высокая интенсивность не должны образовывать эмульсию прямого типа (м/в) могут образовывать эмульсию обратного типа (в/м), но содержание воды не должно превышать 15%. Эмульгирование более 15% приводит к ряду осложнений: - снижение интенсивности краски - замедление закрепления краски - снижение стабилизации пигмента в краске

Офсетные краски Необходима высокая вязкость и липкость, чтобы краска не растекалась по плоской печатной форме. Чем выше скорость печати, тем меньше вязкость и липкость краски (при листовой печати скорость меньше, чем при рулонной). Краски с липкостью, характерной для листовой печати, при рулонной печати могут привести к выщипыванию поверхностного слоя бумаги и даже к разрыву бумажного полотна. При многослойной печати должна быть печать красками с последовательным уменьшением липкости и вязкости по ходу печати, чтобы избежать выщипывание предыдущих слоев.

Требования к печатным краскам Для глубокой печати малая вязкость отсутствие абразивности минимальная склонность к вспениванию контроль вязкости в процессе печати Для трафаретной печати должны иметь определенную вязкость, которая зависит от скорости печати и плотности сетки (достаточно жидкие для прохождения через трафарет, не забивая отверстия сетки)

Многокрасочная печать Требования к триадным краскам Определенные цветовые свойства Высокая прозрачность Хорошее смачивание последующих красок предыдущей Высокая интенсивность Светостойкостью Быстрое высыхание Краски триадной печати: Голубая Пурпурная Желтая Черная (для цветоделительной корректировки)

Классификация печатных красок по назначению Краски печатные Тип продукции Декоративные свойства Газетные Фоновые Термохромные Книжно-журнальные Металлизированные Флуоресцентные Иллюстрационные Перламутровые Картографические Пастельные

Pantone – общепризнанная во всех странах колориметрическая система. С помощью руководства по рецептам можно получить, смешением 14 основных красок, любой необходимый оттенок. Начиная с 1999 г, большинство красок стандартной серии Pantone изготавливают на основе растительных масел.

Офсетные краски Газетные краски Пигмент – сажа газовая канальная, 14 -16% (большая маслоемкость, добавляю 2% ацетиленовой сажи) Связующее – твердая смола (светлая) минеральное масло синий красочный лак льняное масло или алкидная смола Вязкость – 5 Па • с (у типографских 1 Па • с) Высыхание – практически за счет впитывания и последующего химического пленкообразования без дополнительной сушки Дороже, чем типографские Прочность к истиранию отпечатков низкая

Офсетные краски Книжно-журнальные Пигмент – сажа газовая канальная, 14 -16% (до 20% при листовой Связующее - твердая смола (светлая) печати) минеральное масло синий красочный лак (малое количество) алкидная смола или льняное масло (малое количество) керосиновая фракция РПК (для машин с сушильными устройствами) Вязкость – 10 -15 Па • с, (у типографских 5 Па • с), вязкость при листовой печати д. б. выше, чем при рулонной Высыхание – комбинированное за счет впитывания, окислительной полимеризации и, если добавляется керосиновая фракция, частично заменяющая минеральное масло для машин с сушильными устройствами, испарения. Краски для рулонной печати содержат больше растворителя и меньше пигмента, чем листовые. Практически все краски черные

Офсетные краски Иллюстрационные Пигмент – черный, цветной, триадный, 20 -25% Связующее – твердая смола алкидная смола минеральное масло льняное масло сиккатив синий красочный лак (для черной) 25 -30 Па • с Вязкость – Высыхание – комбинированное за счет избирательного впитывания и окислительной полимеризации Краски выпускаются черные, цветные, триадные, обычные и глянцевые. Печатают на бумаге офсетной № 1, легкомелованной и мелованной. Краски универсальны могут быть использованы и для высокой печати.

Офсетные краски Глянцевые Высокодисперсный пигмент – черный, цветной, триадный, 10 - 20% (меньше в сравнении с обычными офсетными) Связующее – твердая смола (повышенное содержание) алкидная смола (повышенное содержание) льняное масло минеральное масло (небольшое количество) маловязкие РПК (для замены минерального масла) сиккатив (3 -4%) смягчающая паста до 10% (для печатно-технических св. ) Вязкость - 28 - 38 Па • с; Высыхание - комбинированное Предназначены для печати высокохудожественных изданий, рекламной продукции, открыток, проспектов, афиш, отчетов фирм и др. . Печатают на мелованных бумагах с повышенной гладкостью или на невпитывающих поверхностях. Глянец оттиска зависит от глянца поверхности запечатываемого материала.

Офсетные краски Фоновые Пастельные краски- это краски с небольшим содержание пигмента (1 -3%) для печати на гладких поверхностях с наполнителем карбоксиметилцеллюлозой (КМЦ), заменяющей белила, имеют светлые нежные тона. Краски универсальны для офсета и высокой печати

Состав увлажняющего раствора: Концентрат увлажнения; Спирт или другая буферная добавка; Вода Концентрат увлажнения обычно добавляют в пределах 2 -10% объёма. Что касается спиртовой добавки она колеблется в пределах от 5 до 25% от общего объёма раствора. Основные определяющие факторы увлажняющего раствора: Кислотность (благоприятное значение р. Н 4, 5 – 5, 5) Жесткость (благоприятная величина жесткости в интервале d. Н 5 -12 не нарушает процесс офсетной печати). Жесткость определяется количеством солей кальция и магния в воде. Электропроводность определяется количеством свободных ионов в воде. Измерение электропроводности контролирует содержание стабилизирующих добавок кислотности и жесткости в растворе. Электропроводность сначала проверяют по чистой воде (200 микро. Сименс), а затем у увлажняющего раствора (1200 -1500 мк. См) Поверхностное натяжение (смачивающая способность на форме), чем слабее натяжение между поверхностями, тем выше будет эффект увлажнения. За счет введения дабавоксмачивателей уменьшают поверхностное натяжение воды, которое изначально достаточно высокое. Наиболее распространенной добавкой является изопропиловый спирт. Изопропиловый спирт - агрессивное вещество, сокращает срок службы резиновых и металлических валиков, кроме того изопропиловый спирт испаряется. Поэтому применяется не чистый изопропиловый спирт, а вещества на его основе. Обычно количество спиртовых добавок составляет от 5 до 25%(оптимально 10%). Бесспиртовые добавки более концентрированные их следует добавлять не более 2 -5%. Чем ниже температура увлажняющего раствора, тем меньше вредная активность

ТОНЕРЫ

Тонер – композиционный материал на основе полимеров и спец. добавок 5 -15 мкм Жидкие меньше применяютс

Классификация тонера по способу получения: При помощи микро-суспензионной полимеризации (МSР)

Состав тонера: полимер (связующее) красящее вещество (примерно до 5 -15%) магнитная компонента (для магнитного проявления до 40 -50 %) внутренние и внешние добавки (не более 5%) Добавки отвечают за высокое качество копирования и печати. Внешние добавки определяют жизнеспособность тонера его электрические свойства, сыпучесть стабильность при хранении. Более 90% всех сухих тонеров производятся обычными методами плавления и механическими способами измельчения. На всех стадиях получения тонера необходимо исключить попадание влаги в композицию, т. к. это приводит к изменению магнитных и электрических свойств, а также существенно скажется на сыпучести и стабильности свойств.

Примерный состав полимерного однокомпонентного тонера: Стирол-акриловый сополимер 40 -50 % Магнетит 45 -55 % Полиолефины 1 -5 % Металлоорганические комплексные соли 1 -3% Двуокись кремния 1 -2 % Полимерный тонер изготовляется сузпензионной полимеризацией (полимерное гранулирование)

Процесс получения тонера похож на переработку пластмасс и включает следующие стадии: предварительная подготовка компонентов (сушка); предварительный размол компонентов (если в этом есть необходимость до гранул); смешивание компонентов в гранулах; получение расплава (экструзия); перемешивание компонентов в расплавленном состоянии; охлаждение полученной массы; предварительное измельчение; тонкий помол и разделение по размерам частиц; обработка для придания овальной формы (вибросмеситель); введение внешних добавок тестирование тонера и упаковка.

На качество печати влияют свойства тонера размер и шероховатость частиц (частицы одинакового размера одинаково намагничиваются, электризуются, осаждаются на элементах изображения, переносятся на бумагу; крупные частицы приводят к преждевременному износу фоторецептора, ракеля могут привести к образованию фона при печати; пылевидные частицы снижают оптическую плотность изображения и образуют фон); Снижая размер частиц, можно увеличить разрешение оттиска; геометрическая форма (желательно правильная, сферическая для исключения острых граней и выступов, снижается абразивность тонера); физическое строение; диэлектрические свойства

Новая технология получения тонера – полимерный тонер (химический). В результате получают частицы идеальной сферической формы, по сравнению с обычным тонером , они обладают меньшим размером (3 -7 мкм) и меньшей полидисперсностью. Производство химического тонера на 30 -40 % дороже механического аналога. Химический способ получения тонера в последнее время за счет внедрения наноразмерных добавок увеличивается , а цена снижается, сегодня доля выпуска превышает 15%.

Классификация тонера по методам проявки: тонеры для двухкомпонентной проявки (тонер + носитель); тонеры для однокомпонентной проявки (носитель не нужен, частицы тонера транспортируются посредством управляемых электростатических полей) по полярности: положительные; отрицательные по магнитным свойствам: магнитные (в массовых долях в составе тонера полимеры : магнитные доставки, соответственно, 50: 50%); немагнитные (в массовых долях в составе тонера полимеры : добавки, соответственно, 85: 15%) по цветовым свойствам: черные; цветные по природе заряда (заряжен до зоны проявки или приобретает заряд под изображения) металлосодержащие; индуктивные под воздействием электрического поля скрытого

Тонеры для электрографических копировальных машин и принтеров – это цветные полимерные частицы размером от 5 до 10 мкм, производимые из полимеров с определенными температурными характеристиками, вязкостью, связывающими качествами и содержащие добавки, определяющие цвет, магнитные свойства, заряд. Поверхность частичек тонера покрыта добавками, которые придают поверхностный заряд и сыпучесть. 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. Толщина слоя на бумаге при сухом тонере составляет от 6 до 15 мкм после затвердевания

Тенденции развития производства тонеров Тонеры, способные плавиться при более низких температурах и одновременно быстро остывать и закрепляться на бумаге; Тонеры со стабильными электрическими свойствами; Тонерные композиции с использованием экологически безопасных компонентов; Создание принтеров и цветных копировальных аппаратов с более высоким разрешением.

Для струйной печати применяют чернила Чернила должна хорошо закрепляться и сохранять яркий цвет после полного высыхания. Проблема эта решается при правильном подборе чернил и запечатываемого материала. От физико-химических свойств чернил зависит размер и форма капли, при этом вязкость и поверхностное натяжение должны оставаться стабильными как при хранении, так и в разных условиях

Состав чернил: красящее вещество (красители в молекулярном виде или пигменты в виде дисперсии–коллоидного раствора); растворитель (чаще используется вода, в профессиональных струйных принтерах применяют органические растворители); добавки

Водные чернила на красителях наиболее распространены, обеспечивают стабильную печать как в термоструйных, так и в пьезоструйных печатных головках. Их недостаток – недостаточная влагостойкость и светостойкость, поэтому для наружных целей оттиски нужно ламинировать. Водные чернила на пигментах используются во всех видах принтеров. Дают на оттисках менее насыщенные цвета, но не требуют дополнительной защитной обработки. Применяются и УФ-чернила, закрепляющиеся под действием ультрафиолетового излучения в диапазоне 250 -350 нм. Красочный оттиск водосветостоек и долговечен. УФ-чернила позволяют печатать на любых поверхностях, в том числе на невпитывающих. Технику струйной печати и чернила совершенствуют комплексно.