Druckfarben

Druckfarben sind farbmittelhaltige Gemische, die mit Hilfe einer Druckform auf einen Bedruckstoff übertragen werden und dort eine Schicht bildet, welche trocknet.

 

Sie sind in ihrer Zusammensetzung und in ihren Eigenschaften an das Druckverfahren angepasst. In allen Flachdruckverfahren werden pastöse und hochviskose Farben verwendet. Im Tief- und Flexodruck hingegen werden niedrigpastöse, dünnflüssige Farben verwendet. Im Durchdruckverfahren (Siebdruck) sind die gewählten Farben vom jeweiligen Verwendungszweck abhängig. Moderne Druckfarben sind hochkomplexe Stoffgemische, die dazu geeignet sind, in technischen und industriellen Prozessen Oberflächen so einzufärben, dass Bilder und Texte dargestellt werden.

 

Druckfarben bestehen aus extrem fein verteilten Pigmenten, Bindemitteln und organischen Lösungsmitteln. Schwarz enthält Pigmente aus Gasruß, bunte Farben bestehen auf chemischer oder mineralischer Basis.

Je nach Druckverfahren werden die einzelnen Komponenten zur Herstellung der Druckfarben ausgewählt. Beim Offsetdruck ist in den Farben kein Lösungsmittel enthalten. Die indirekte Übertragung der Farbe beim Druck verlangt eine andere Farbrezeptur als die direkter Druckverfahren. Beim Tief- oder Flexodruck wird dünnflüssige (mit vielen sich schnell verflüchtigenden Lösungsmitteln) Farbe verwendet. Siebdruckfarben bewegen sich je nach Verwendungszweck zwischen diesen beiden.

 

Druckfarben werden nach den Druckverfahren eingeteilt für die sie hergestellt werden.

Weiters nach Ihrer Farbe und dem verwendeten Farbsystem (Skala, Schmuck, Tagesleucht-, Metalleffekt-, Sicherheitsfarben, etc.), sowie nach den Bedruckstoffen für die sie geeignet sind (Folien, Papier, Textilien, usw.).

 

Druckfarben sind in unterschiedlichsten Gebinden erhältlich (von 1 kg. Dose bis zum 1000kg-Container). Druckereien mit sehr hohem Bedarf werden auch mit Tankwägen beliefert.

Allgemeine Anforderungen

• Optische Eigenschaften

Druckfarbe soll einen geforderten Farbton auf einem Bedruckstoff realisieren.

Oberflächenglanz, mettalischer Glanz und Interferenzerscheinungen lassen ein Druckprodukt hochwertiger erscheinen. Teilweise werden Glanzeffekte auch durch Lacke erzielt.

Die optischen Eigenschaften sind abhängig vom Druckverfahren, dem Bedruckstoff, dem Standort des Betrachters sowie der Lichtquelle, unter der das Druckprodukt betrachtet wird. Glanzeffekte sind abhängig vom Betrachtungswinkel.

Oberflächenglanz ist ein, so genannter „unbunter Glanz“ der die Buntheit der Oberfläche verringert.

Metallischer Glanz wird durch eine gezielte winkelabhängige Reflexion von Licht erreicht.

Perlglanzeffekte entstehen durch Interferenzeffekte in dünnen Schichten mit eingelagerten Pigmenten.

 

• Mechanische Eigenschaften

Die mechanischen Eigenschaften von Druckfarben werden auch rheologische Eigenschaften genannt. Die Vielzahl unterschiedlicher Druckverfahren und Bedrucksoffe erfordert unterschiedliche Druckfarben. Offsetdruckfarben müssen z.B. aufgrund des langen Farbwerkes mit vielen Walzen, ebenso wie Siebdruckfarben sehr zähflüssig sein. Tiefdruckfarben hingegen eher dünnflüssig.

 

Druckprozesse bei denen der Farbauftrag durch Walzen erfolgt, erfordern einen guten Transport der Farbe über die Farbwalzen und eine niedrige Aerosolbildung.

Der Farbtransport wir über die Zügigkeit der Farbe bestimmt. Dies ist diejenige Kraft, welche nötig ist um einen Druckfarbenfilm zu trennen. Sie ist ein komplexes Verhältnis von Viskosität, Kohäsion und Adhäsion und wird als tack in der Druckfarbenprüfung gemessen.

 

Aerosolbildung ist die Bildung eines Farbnebels und Farbfäden bei hohen Geschwindigkeiten. Diese Aerosole verschmutzen und verkleben die Druckmaschine und sind daher unerwünscht. Aerosolbildung ist stark temperaturabhängig, da sie direkt mit der Viskosität korreliert. Die Neigung einer Druckfarbe zur Aerosolbildung wird durch Prüfverfahren am Rotationsviskosimeter (Elastizität und Plastizität) ermittelt.

 

• Chemische und physikalische Eigenschaften

Diese Eigenschaften bestimmen maßgeblich das Trocknungsverhalten einer Druckfarbe.

Das Wegschlagen (Penetration) in den Bedruckstoff bezeichnet dabei bei Offsetdruckfarben die Trennung von festen und flüssigen Bestandteilen sowie eine Filmbildung durch internes Schmelzen und ist damit mehr als ein bloßes Versickern im Bedruckstoff. Durch Flüssigkeitsentzug (Kapillarwirkung des Papiers und das Verdunsten) werden die Partikel der Druckfarbe gegeneinander gedrückt, was zum Verschmelzen der Partikel führt. Das Wegschlagen einer Druckfarbe muss für einen qualitativ hochwertigen Druck genau definiert werden.

Dabei spielt auch der Bedruckstoff eine entscheidende Rolle. Für die Bedruckung von Folien benötigt man daher andere Farben als für Papiere, da die Druckfarbe bei Folien nicht in den Bedruckstoff wegschlagen kann. Auch die Papierart bestimmt die Auswahl der Druckfarbe. Stark geleimte Papiere sind weniger saugfähig als ungeleimte Papiere.

 

Die Oxidation des Bindemittels ist ein chemischer Prozess der ebenfalls (oft) zur Trocknung der Farben beiträgt. Die Oberfläche der Druckfarbe wird durch den dünnen Auftrag auf den Bedruckstoff gegenüber dem Volumen stark vergrößert. Der Sauerstoff aus der Umgebungsluft greift die Doppelbindungen des Bindemittels an. Dadurch startet eine Kettenreaktion der Bindemittelkomponenten welche zur Vernetzung zu einem dreidimensionalen, stabilen Gebilde innerhalb der gedruckten Farbschicht führt. Bei physikalisch trocknenden Druckfarben erfolgt die Verfestigung auf dem Druckträger durch Verdunstung / Verdampfung des flüchtigen Bestandteils der Druckfarbe oder durch Strahlenhärtung.

 

Als flüchtige Bestandteile werden Wasser (lösemittelfreie Druckfarben) oder Alkohole, Ester, Ketone (für Verpackungsdruckfarben), Toluol oder hochsiedende Mineralöle eingesetzt.

Strahlenhärtende Druckfarben (Offset- oder Flexodruckfarben) werden durch radikalische Polymerisation der ungesättigten Polymere gehärtet. Ausgelöst wir dieser Prozess durch UV- oder durch ESH-Strahlen. Diese Aushärtung erfolgt in weniger als 1 Sekunde. Diese Farben haben hohe Beständigkeit und sind lösemittelfrei. Die toxikologischen Eigenschaften von Druckfarben sind vor allem im Einsatz von Druckprodukten zur Verpackung von Lebensmitteln, bei Spielzeug und Hygieneprodukten von entscheidender Bedeutung. Diese Farben sollen nach der Trocknung Geruchs- und geschmacksneutral sein und keine Allergenen Stoffe enthalten.

Aus Umweltgesichtspunkten sind außerdem schwermetallhaltige Farben sowie lösungsmittelhaltige Farben problematisch. Die Abgabe der Lösungsmittel an die Umwelt ist durch die TA-Luft reguliert und wird durch, dem Druckprozess nachgeschaltete Wiedergewinnungs- oder Verbrennungsanlagen verhindert. Druckfarben mit toxischen Schwermetallen (Pb, Cd, Hg, Cr(6), As, Se, Sb und Ba) sind seit langem nicht mehr im Einsatz.

 

Die physikalische Beständigkeit einer Druckfarbe ist die Widerstandsfähigkeit gegenüber mechanischen Belastungen und Strahlung. Prüfgrößen sind daher die Scheuer- und Wischfestigkeit, aber auch die Neigung zum Abmehlen (das Ablösen von Partikeln aus der gedruckten Schicht). Die Lichtechtheit wird vor allem durch die Beständigkeit der Farbe gegenüber UV-Strahlung bestimmt.

 

Die chemische Beständigkeit ist die Widerstandsfähigkeit gegenüber chemischen Reaktionen mit jeglicher Art von Stoffen. Dies ist eine Anforderung, die vor allem an Verpackungen gestellt wird. Je nach Einsatzzweck werden Lösemittel-, Fett-, Säure-, Basenbeständigkeit, Speichel, Schweiß, Milch, etc. gefordert.

Meist werden sowohl physikalische als auch chemische Beständigkeit gleichzeitig gefordert.

 

Weitere Merkmale

Weitere entscheidende Merkmale für die Auswahl der Pigmente einer Druckfarbe sind Lichtechtheit, Benetzbarkeit und die Beständigkeit gegenüber Chemikalien. Neben den technischen Anforderungen haben die organischen Pigmente im standardisierten Offsetdruck bestimmte coloristische Bedingungen zu erfüllen. Um reproduzierbare Drucke zu ermöglichen müssen bestimmte Farbmaßzahlen eingehalten werden, die den jeweiligen Skalenfarben der genormten Farbskalen entsprechen. Zur Erreichung der erforderlichen Farbtöne können Pigmente einzelner oder in bestimmten Verhältnissen, verschiedener Gruppen eingesetzt werden. Die technischen und coloristischen Anforderungen engen die Zahl der in der Praxis geeigneten Pigmente (vor allem im Gelbbereich) mehr oder weniger stark ein.

 

Die Bestandteile von Druckfarben

Druckfarben bestehen aus:

• Farbmitteln  bzw. Farbkörpern, hauptsächlich Pigmenten oder Farbstoffen für die Farbigkeit

• Bindemitteln, hauptsächlich Harzen um die Farbmittel auf dem Bedruckstoff zu festigen

• Hilfsstoffen, zum Einstellen der rheologischen Eigenschaften, Beeinflussung von Trocknung, Glanz, Oberflächenhärte usw.

 

Farbmittel

Da die Schichtdicke der Druckfarbe auf dem Bedruckstoff sehr gering ist kommen nur besonders farbstarke Pigmente zum Einsatz. Die meisten Druckfarben bestehen aus einer Dispersion von Pigmenten und einem Trägerfluid. Es gibt aber auch Druckfarben auf Farbstoffbasis (z.B. für Tintenstrahldrucker).

 

Pigmente sind organische, anorganische oder synthetische kristalline Pulver.

Organische Pigmente werden aus Erdöl gewonnen. Anorganische Pigmente sind meist spezielle Ruße für Schwarzfarben und Titandioxid für Deckweiß. Feingemahlene Metallpigmente werden für Metalleffekte verwendet. Silbereffekte werden durch Aluminium-Bronze erzielt. Goldeffekte erreicht man durch den Einsatz von Messing-Bronze (schwermetallhaltig) oder Aluminium-Bronze mit Gelb/Orange Pigment.

Leuchtfarben entstehen durch UV-aktive Pigmente.

 

Pigmente sind unlöslich im Druckstoff. Pigmente sind lichtecht, gesundheitlich unbedenklich und in der Regel nicht schwermetallhaltig. Pigmente zur Farbenherstellung liegen als Pulverpigment oder Flushpaste vor.

 

Farbstoffe ermöglichen reinere Farben als Pigmente, da sie Licht mit einem schmalbandigerem Spektrum remittieren. Farbstoffe sind auf molekularer Basis in Wasser, Alkohol und Fetten löslich. Der Vorteil der kräftigen, reinen und transparenten Farbtöne wird allerdings durch entscheidende Nachteile überschattet. Farbstoffe neigen unter UV-Strahlung zum Verbleichen, sind also nicht farbecht. Außerdem sind die meisten Farbstoffe giftig und somit für Gebrauchsgegenstände toxikologisch ungeeignet.

 

Bindemittel

Die Pigmente sind im Bindemittel dispergiert. Das Bindemittel sollte eine gute Benetzung der einzelnen Pigmente ermöglichen und ein Verkleben der Pigmente verhindern. Bindemittel verkleben beim Druck die Druckfarbe auf dem Bedruckstoff und bestimmen die Viskosität. Die Zusammensetzung richtet sich nach den jeweiligen Druckverfahren.

Bindemittel :

• Harze
• Trocknende Öle
• Nichttrocknende Pflanzen- und Mineralöle
• Lösemittel
• Strahlenhärtende Bindemittel (UV-, Elektronenstrahl-Trocknung)
• Firnisse (Mischung aus Harzen und Ölen)

 

Hilfsstoffe

Hilfsstoffe sind druckverfahrensabhängig und beeinflussen die Trocknung, Hautbildung, das Abliegeverhalten und die Scheuerfestigkeit.

 

Gold- und Silberdruckfarben

Die färbenden Substanzen bestehen aus Bronze- und Aluminiumpulver. Die Wirkung dieser speziellen Druckfarben wird von der Oberflächenbeschaffenheit des bedruckten Objektes, und des verwendeten Druckverfahrens stark beeinflusst.

 

Die Herstellung von Druckfarben

Erstens wird das Bindemittel durch Mischung eines Firniss, durch Kochen unter festgelegten Prozessbedingungen an einem Reaktor hergestellt und in großen Tanks gelagert. Das Druckfarbenfirnis wird anschließend in einem riesigen Rührwerk (Dissolver) mit den pulverförmigen Pigmenten oder Pigmentpasten, den Hilfs- und Trockenstoffen gemischt.

Als nächster Schritt wird versucht, in einer Perlmühle oder einer Dreiwalze, die Pigmente vollständig zu dispergieren. Zwischen den einzelnen Schritten werden noch weitere herstellerspezifische Zutaten beigemengt. Abschließend wir die fertige Druckfarbe in Verkaufsgebinde abgefüllt und zum Kunden ausgeliefert.

 

Die Prüfung von Druckfarben

Die meisten Prüfverfahren messen keine einzelnen physikalischen Größen, sondern sind praxisnahe, anwendungsorientierte Prüfverfahren. Der Druckprozess in einer Druckmaschine ist ein äußerst komplexer Vorgang mit vielen Variablen und kann daher bis heute nicht mit einem Druckversuch nachgebildet werden. Geeignete Prüfverfahren müssen daher gleichbleibende Prüfbedingungen und Parameter voraussetzen. So schließt in der Regel jedes Prüfverfahren das Substrat, die Druckplatte und das Feuchtmittel mit ein.

Nur die wenigsten Prüfverfahren sind DIN oder ISO zertifiziert.

Prüfbereiche der Drucktechnik sind die Rheologie,  Coloristik, Simulation des Druckprozesses, Homogenität der Druckfarbe und das Trocknungsverhalten.

Niedrigviskose Druckfarben

Niedrigviskose Druckfarben lassen sich unterteilen in :

• Lösemittelbasierte

Farbzusammensetzung: Lösemittel – Farbpigmente – Bindemittel – Additive

Diese Farben trocknen physikalisch durch Austreiben der Lösemittel bzw. durch Verdunsten der Wasseranteile. Da Lösemittel und ihre Dämpfe entflammbar sind, müssen diesen in einem geschlossenen Luftkreisraum abgesaugt werden.

• Wasserbasierende

Bei Verwendung von wasserbasierten Druckfarben müssen bei lang andauernden Druckaufträgen die Viskosität und der pH-Wert kontrolliert und reguliert werden, da die enthaltenen Acrylate flüchtig sind.

 

 

Zwei-Komponenten-Farben

Beim Bedrucken von beispielsweise Folien kann, meist zur Grundierung, eine spezielle Zwei-Komponenten-Farbe verwendet werden. Hierzu werden der lösemittelhaltigen Druckfarbe Zwei-Komponenten-Systemen Härter beigemischt, welche mit dem Bindemittel der Farbe chemisch reagieren. Die Farbe trocknet zuerst normal durch die Verdunstung der Lösemittel, während der vollständige Aushärtungsprozess mehrere Tage dauern kann.

Die Vorteile gegenüber normalen Druckfarben sind höhere Siegelbeständigkeit, Kratzfestigkeit und bessere Haftungseigenschaften auf den Bedruckstoffen.

 

UV-Farben

Bestandteile: Hoher Bindemittelanteil – Farbpigmente – Additiven – Fotoinitiatoren

Diese Farben trocknen in einem chemischen Prozess, in dem die Fotoinitiatoren unter Einwirkung von UV-Strahlung ein Aushärten der enthaltenen Bindemittel auslösen.

Unmittelbar nach dem Durchlauf ist die Farbe fast vollständig fixiert.

Diese Farben sind allergenhaltig und die Strahlungseinheiten müssen vollkommen abgeschottet sein, da direkter Kontakt mit der Strahlung Veränderungen der Hautzellen (insbesondere am Auge) verursacht.

 

Druckveredelung

Dies ist die Behandlung des Bedruckstoffes nach dem eigentlichen Druck. Sie trägt zur besseren Haltbarkeit und zum besseren Aussehen des Bedruckstoffes bei. Eine Veredelung wird vor allem dann eingesetzt, wenn eine gewisse Scheuerfestigkeit erreicht werden soll. Dadurch wird das hergestellte Produkt erheblich verteuert. Für  diesen Prozess muss die Druckfarbe vollständig getrocknet sein und der Bedruckstoff frei von Scheuerschutzpasten, Silikonen und Wachsen sein. Weiters ist zu beachten, dass aufgrund der nachträglichen Behandlung die Farbtöne verändert werden können.

 

Drucklacke

Unterschieden werden:

• Drucklacke
• Mattpasten auf Ölbasis
• Dispersionslacke
• UV-Lacke

Sonderformen :

• Duftlacke
• Gummierungen
• Rubbellacke
• Strukturlacke