Что нужно знать о трафаретных красках

Николай Дубина info@prodtp.ru

Трафаретная печать, или, как ее часто называют, шелкография, — это вид печати, позволяющий наносить краску самой разной толщины на материалы со всевозможной текстурой.

В шелкографии есть два способа нанесения изображений: контактный и бесконтактный. Контактный способ трафаретной печати применяется гораздо чаще, и о нем мы расскажем чуть позднее. Что же касается бесконтактного способа трафаретной печати — то при его использовании материал не касается сетки, а краска передается с формы с помощью электростатических сил. При контактном же способе сетка контактирует с запечатываемым материалом, а краска подается ракелем.

При печати шелкографией вручную нет необходимости приобретать дорогие печатные станки — они нужны только для больших тиражей.

Особенность техники шелкографии заключается в том, что она дает возможность применять широкий диапазон печатных красок на различных связующих, что позволяет работать на любом материале: бумаге, пластике, стекле, ткани и т.п. Главное условие для краски — не разрушать материал трафарета и не высыхать быстрее, чем требуется для нормального печатного процесса.

Формы декорируемого материала различны — от плоских, цилиндрических, конических, усеченных форм до любых необычных очертаний. Кроме плоских листов печать наносится также и на авторучки, стаканы, тарелки, обои, часы, лобовые и задние стекла автомобилей, подносы, зонты и многие другие предметы.

Особенно ценится шелкография за то, что на материал краску можно нанести любой толщины, в 10 или даже 30 раз больше, чем при офсетной или глубокой печати. Это дает шелкографу возможность создать рельефное красочное изображение. Толщина слоя краски на материале зависит от угла и наклона ракеля, а также от сетки. Кроме того, качество трафаретной печати зависит от контакта ракеля с сеткой и контакта сетки с печатаемым материалом.

Общие сведения о красках для шелкографии

Краски — это жидкие или пастообразные вещества различного химического состава, используемые для печати на разнородных материалах.

Трафаретная краска — это химический продукт, который имеет специфический состав, позволяющий достичь адгезии (прилипания) по отношению к материалам различной природы.

В первую очередь трафаретная краска должна иметь тиксотропные характеристики.

Тиксотропией называется способность жидкости изменять свою вязкость при перемешивании или изменении температуры и возвращаться к прежней вязкости в состоянии покоя (при прекращении перемешивания и возвращении к первоначальной температуре).

Рассмотрим это на примере. Если поместить любую офсетную краску алкидного семейства в шнековый смеситель и перемешивать ее в течение пяти минут со скоростью 1000 об./мин (измерив вязкость как до операции, так и после перемешивания), будет заметно, что показатели изменились мало. Вязкость краски будет примерно такая же, как и в начале. Как перемешивание, так и последующее повышение температуры не дают больших изменений. Трафаретная же краска должна «фильтроваться» через ячейки сита трафаретной печатной формы быстро, а следовательно, при минимально возможной вязкости не причиняя ущерба точности деталей.

Трафаретная краска при тех же испытаниях, что и офсетная, дает совершенно другие результаты. Прежде всего, значительно меняется вязкость, понижаясь в значениях в зависимости от типа смолы и от количества градусов достигнутой температуры. Когда перемешивание завершено и краска возвращена в первоначальные температурные условия, она восстанавливает свою исходную вязкость.

Тиксотропия может влиять на распределение краски, поскольку трафаретная краска должна пройти через маленькие квадратные отверстия сита и выровняться на запечатанной подложке без затеканий.

Разница в силе сцепления объясняется использованием различных смол, которые не могут реагировать одинаковым образом, потому что имеют разные химические свойства, влияющие на печать. Например, очень вязкая смола с большим трудом проходит через тонкое сито, поэтому в таких случаях использовать нужно сита с большими отверстиями.

Кроме того, тиксотропия влияет на покрывную способность краски так же, как и на четкость изображения растровой точки. Антагонистами тиксотропии являются силиконы и разбавители, которые явно понижают вязкость.

Считая, что тиксотропный компонент краски является основой механизма трафаретной печати, посмотрим на состав самой краски.

Компонентами трафаретных красок являются:

• связующее;
• наполнитель;
• пигмент;
• растворитель;
• добавки и катализаторы.

Связующее

Это основная (базовая) смола, совместимая с материалом, на котором производится печать. На практике это сравнимо с клеем, который позволяет краске вовремя прилипнуть к желаемой подложке. Связующее обычно принадлежит к какому­нибудь одному из многочисленных семейств смол. Скажем, обычная акриловая краска принадлежит к самой многочисленной группе акриловых смол, которая насчитывает тысячи разновидностей.

Многие смолы используют в комбинации друг с другом, чтобы наилучшим образом проявились их отдельные реологические свойства. Для шелкографа перечень входящих в состав краски разновидностей смол приобретает практическое значение, так как это помогает подобрать наиболее подходящую краску, если у запечатываемой подложки в основе будет та же смола, что и у краски. Зная основные семейства, можно получить четкую информацию об устойчивости краски к внешним воздействиям. Например, при воздействии атмосферных условий все смолы ведут себя по­разному, что в дальнейшем сказывается на эксплуатации запечатанных изделий.

Устойчивость к внешним воздействиям всегда рассматривается без какого­либо вмешательства подложки, которая должна быть инертной. Выбор смолы продиктован не только требуемым типом адгезии к подложке, которую необходимо запечатать, но и совместимостью с употребляемыми пигментами и наполнителями, легкостью обработки и пр.

Наполнители

Сами смолы не имеют той пастообразной консистенции краски, которая знакома нам по потребительским продуктам, — они могут быть или слишком жидкими, или твердыми. Следовательно, обрабатывать их нужно сложными производственными методами.

Наполнители используются по различным соображениям — как техническим, так и экономическим, поэтому шкала их качества определяет более дорогостоящие наполнители и менее ценные наполнители, менее дорогие и используемые только для понижения стоимости.

Пигменты

Пигмент — это компонент наполненных композиционных материалов, который придает им непрозрачность, цвет, противокоррозийные и другие свойства, не растворяется в связующем, но соединяется с ним посредством механических и дисперсных взаимодействий. Различают природные минеральные пигменты (неорганические компоненты красок) и биологические пигменты (биохромы — природные красители в составе живых организмов).

Органические пигменты являются соединениями углерода и более безопасны в эксплуатации в отличие от некоторых неорганических пигментов.

Неорганические пигменты — это вещества различного происхождения, отличающиеся повышенной покрывной способностью, значительной глянцевостью и высокой устойчивостью к внешним агентам, УФ­лучам и старению. По сравнению с соответствующими органическими пигментами неорганические имеют большую покрывную способность, однако некоторые из них исключены из числа разрешенных при производстве детских игрушек и другой продукции для детей согласно Европейскому правовому акту — Закону EN 71/III.

В технологии лакокрасочных материалов пигментами называют высокодисперсные неорганические или органические, нерастворимые в дисперсионных средах вещества, способные образовывать с пленкообразователями защитные, декоративные или декоративно­защитные покрытия.

Процентное соотношение пигмента по отношению к трафаретной краске является минимальным, в среднем значения колеблются в пределах 5­10%. В связи с этим понятие покрывной способности не может быть связано с одним лишь пигментом, а скорее, с балансировкой всех компонентов смеси. Пигмент, используемый в трафаретной печати, состоит из красящих продуктов, которые до такой степени тонко измельчаются, что в связующем веществе присутствуют во взвешенном состоянии.

Растворители

Разбавители и растворители — жидкие, твердые или газообразные вещества, способные растворять другие твердые, жидкие или газообразные вещества в определенном объеме и при заданной температуре. Обычно это углеводороды, получаемые из нефти. Все они являются органическими соединениями и служат для того, чтобы растворять смолу связующего для снижения вязкости, вмешаться в пластичность красочной пленки, увеличить или уменьшить скорость высыхания соединения, увеличить или уменьшить адгезию краски к данной подложке.

Обычно растворитель и растворяемое вещество одинаковы по своей природе (подобное растворяется в подобном), то есть полярный растворитель подходит к полярному веществу. Различные растворители растворяют смолу неодинаково. Например, акриловая смола сильно разбавляется циклогексаноном. Поскольку у него достаточно низкая точка испарения, он быстро испаряется, тем самым увеличивая вязкость краски. С целью регулирования точного времени испарения растворителя к нему добавляют другие растворители типа ароматических, гликоли или фталаты, что влияет на время высыхания краски как при комнатной температуре, так и в печи.

Смесь, которую добавляют к краске, — это сбалансированная дозировка различных растворителей, благодаря характерным особенностям которых можно обеспечивать качественные оттиски в различных условиях. Нужно учесть, что у некоторых растворителей большая способность смешиваться с водой. Некоторые из наиболее распространенных растворителей, таких как бутилгликоль и циклогексанон имеют способность соединяться с парами воды в воздухе, образуя с краской смесь с большой растворяющей способностью по отношению к светочувствительной эмульсии трафаретной формы. В связи с этим в присутствии таких растворителей при повышенной влажности в атмосфере тиражестойкость трафаретной формы будет меньше.

Увлажнители и катализаторы

Увлажнители. Чтобы трафаретную краску можно было использовать для печати, кроме смолы, наполнителя, пигмента и растворителя она нуждается еще и в добавках. Если бы трафаретная краска была только смесью перечисленных продуктов, то при печати получился бы нежелательный эффект: слой краски был бы дырчатым и с неровностями. Нить, из которой состоит сито, во время печатания неизбежно разделяет краску, из­за чего, если не происходит выравнивания, нанесенные «кубики» имеют не очень правильный и неоднородный характер.

Когда краска, продавленная ракелем, проходит через сито, она принимает неправильную разнородную форму, но благодаря эффекту добавок, которые почти все являются производными силиконов и восков, сразу же выравнивается. В этот момент выравниватель заставляет скользить краску в направлении пустых отверстий и заполнять пробелы, присутствующие на подложках. Поэтому наличие этих добавок является обязательным.

Катализаторы. Их также называют отвердителями. Используются они для создания полимеров, сополимеров или пространственных сеток,  которые увеличивают устойчивость краски как в отношении агентов внешней среды, так и в отношении растворителя. После полимеризации процесс становится необратимым. По этой причине существование краски после перемешивания с собственным катализатором сокращается до нескольких часов или, максимум, до нескольких дней.

Классификация трафаретных красок

Трафаретные краски на основе растворителей (сольвентные)

Краски, которые содержат растворители (спирт, воду и т.п.), высыхают за счет испарения. Растворитель испаряется, в результате чего образуется смола, связывающая краску и запечатанный материал. Испарение растворителя может быть ускорено за счет нагрева при помощи инфракрасного излучения или воздушной вентиляции. В этом состоит функция туннельных сушилок.

Краски на основе растворителей используются для печати по пленке из ПВХ, по жесткому ПВХ, полистиролу, акриловому стеклу, поликарбонату, бумаге, картону, дереву и ряду других материалов.

Кроме того, специальные серии этих красок предназначены для прямой печати на синтетических тканях и готовых изделиях (куртки, ветровки, флаги, сумки и т.д.).

Краски на водной основе

В отличие от трафаретных красок на основе растворителей, краски на водной основе сохнут несколько по­другому. Причина в том, что в этих красках растворитель заменен водой, а вода не может растворять поверхность основы, как это делают растворители.

Немаловажным преимуществом красок на водной основе является более высокая их укрывистость. Она обеспечивается за счет более мелких размеров частиц пигмента. Качество покрытия при этом нисколько не уступает краскам на растворителях. Краски на водной основе обладают хорошей адгезией и поэтому могут наноситься на различные поверхности, включая старую краску.

К недостаткам красок на водной основе относится большее время сушки, обусловленное тем, что вода медленнее испаряется, чем органический растворитель.

Для окончательной полимеризации краски требуется либо температурное воздействие, либо химическое (использование перед печатью специальных добавок­катализаторов). Относительно недавно появились текстильные водные краски, обладающие способностью самополимеризации и не требующие дополнительной обработки.

Сейчас на рынке появляются продукты, имеющие неплохую адгезивную способность и устойчивость к внешней среде. Однако характеристики саморастворения, глянцевости и покрывной способности у них ниже, чем у соответствующей краски на растворителе. Надо принять во внимание, что речь идет не об акварели, а о красках, содержащих не просто воду, а эмульсии из растворителя и воды.

Пластизольные краски

Пластизольные краски используются в текстильной печати. Они легко печатаются, не сохнут в сетке, имеют высокую непрозрачность и хорошее прилипание к большинству текстильных изделий.

Они состоят из двух основных ингредиентов: ПВХ и пластификатора. Эти краски имеют одно важное свойство: они не сохнут при комнатной температуре — их необходимо нагревать до 140­160 °С.

Пластизоль, в отличие от других красок, не проникает в волокна изделия, а обволакивает их, образуя механическое соединение. Поэтому к непористым материалам краска (стекло, металл или пластик) «прилипать» не будет. Так как она изготовлена на основе полимеров, то более точно вместо словосочетания «полное высыхание» говорить — «достигает полной полимеризации».

В пластизоли не содержится летучих компонентов, так что пластизолевые краски безопасны для здоровья.

Высокая кроющая способность и миграционная стойкость дают возможность использовать ее для печати на темноокрашенных тканях, но всё же для достижения правильной цветопередачи на цветных тканях рекомендуется делать белую подложку, а не «вытягивать» цвет за счет толщины нанесения.

При нанесении следующего цвета пластизольной краски необходимо прогреть предыдущий слой до температуры 140­160 °С в течение 6­10 с.

Особенности пластизольной краски:

• полное отверждение краски при температуре 150­180 °С на протяжении 30­60 с в зависимости от толщины слоя нанесенной краски. При нормальном высыхании пластизольная краска дает глянцевую эластичную пленку, стойкую к стирке при температуре до 600 °С. Желатинизированные (высушенные) пластизольные покрытия можно чистить растворами моющих веществ, спиртами, уайт­спиритом, но не рекомендуется гладить горячим утюгом и использовать сильно полярные растворители (ацетон, толуол, этилацетат);
• пластизольные краски подходят для большинства синтетических и натуральных тканей. Пластизольными красками печатают на хлопке, плюше, ткани джерси, тяжелых тканях, таких как джинса, рогожка, смешанных тканях из синтетических волокон, на замше, технических тканях и т.д.;
• после печати и полимеризации пластизольными красками напечатанный рисунок имеет матовую поверхность и становится блестящим, только если пластизольная краска нанесена толстым слоем, а затем подвергнута термообработке в печи при очень высокой температуре (выше 160 °С);
• перед печатью всегда рекомендуется проводить тестирование.

Пластизольные краски не сохнут на воздухе, они предназначены для печати на карусельных машинах с промежуточной подсушкой (ИК­лампа), а также для печати «мокрое по мокрому», если рисунок хорошо проработан.

Сушка пластизольных красок производится при температуре 150­180 °С до полного высыхания. Снижение температуры и увеличение времени сушки не приводит к полному отверждению краски и снижает механическую стойкость покрытия.

Пластизольные краски дают возможность печати на трансферную бумагу, которая служит временным носителем. Краска частично высыхает при температуре 140-160 °С на протяжении 8­10 с. Перенесение изображения с временного носителя на ткань проводят под горячим прессом при температуре 170­190 °С на протяжении 20-25 с в зависимости от толщины изображения.

Химически отверждаемые краски

Химически отверждаемые краски требуют химических реакций для достижения определенных свойств. Наиболее распространенными из этих красок являются двухкомпонентные краски. Они используются тогда, когда предъявляются высокие требования к адгезии, устойчивости к истиранию или к химическим воздействиям.

Красочный слой в этих системах полностью пронизан перекрестными связями, то есть его химическая структура меняется по сравнению со смесью компонентов до отверждения. Соотношение отвердителя с краской зависит от химической структуры компонентов смолы и соответствующего отвердителя. Пропорцию смешивания, указанную в технической информации изготовителя, следует строго соблюдать, так как избыток отвердителя может привести к хрупкости красочного слоя, а недостаток — к неполному отверждению. При не соответствующем предписаниям количестве отвердителя не может быть достигнута оптимальная адгезия и химическая стойкость.

Поскольку двухкомпонентные краски представляют собой химически активные системы, в которых связующее вступает в реакцию с отвердителем, время их пригодности для печати ограниченно. Рекомендуется смешивать только такое количество краски, которое необходимо в течение рабочего дня.

По мере процесса отверждения жесткость поверхности красочного слоя возрастает, поэтому процесс окончательной полимеризации может быть достаточно длительным.

Краски с ультрафиолетовой полимеризацией

Особенностью красок УФ­отверждения является введение в их состав так называемых фотоинициаторов (на базе акрилатов и мономеров акрилатов, к которым добавляется акриловая кислота), способных под действием света (ультрафиолетовых лучей большой мощности с длиной волны около 270­400 нанометров) генерировать свободные радикалы и ионы, инициирующие цепную реакцию полимеризации.

Так как фотохимический процесс полимеризации происходит по всей толщине слоя нанесенного материала, процесс отверждения занимает совсем короткое время. Это свойство широко используется в производстве, требующем высокой производительности. Как уже было сказано, основным преимуществом красок УФ­отверждения является быстрое отверждение, практически полное отсутствие органических растворителей, отсутствие потерь, низкий расход электро­ и тепловой энергии на сушку.

Фотоинициаторы, примешанные к краске, являются очень сложными и специфическими добавками, которые служат катализаторами между ультрафиолетовым светом и жидким раствором. Присутствие фотоинициаторов разного типа и активности позволяет получить желаемую реакцию и влияет на скорость высыхания.

УФ­краски могут наноситься на самоклеящуюся пленку из ПВХ, жесткий ПВХ, полистирол, поликарбонат, бумагу, картон и ряд других материалов.

Преимущества УФ­красок:

• не содержат растворителей и не высыхают на воздухе, поэтому при их использовании не требуется создание в рабочих помещениях систем вентиляции;
• у них очень большая скорость полимеризации — порядка десятых долей секунды;
• не имея испарения растворителя, они имеют большой сухой остаток и могут проходить через крайне тонкие ситовые ткани (180­200 нитей/см), что способствует точности изображения деталей;
• после полимеризации они практически не растворимы в растворителях и бензине, не оставляют царапин;
• отличаются повышенной яркостью и блеском.

Недостатки УФ­красок:

• обладают меньшей кроющей способностью, чем краски на растворителях;
• не позволяют получить значительную толщину красочного слоя;
• предполагают наличие печей, которые из­за достаточно высокой стоимости доступны далеко не всем типографиям;
• стоимость более высокая, чем у красок на основе растворителей;
• имеют относительно короткий срок службы. Это связано с тем, что фотоинициатор, входящий в их состав, не является инертным продуктом и «работает» (хоть и медленно) даже в отсутствие ультрафиолетовых лучей. Поэтому поставщики дают срок хранения не больше полугода.

Область применения трафаретной печати очень широкая — это печать рекламной полиграфии, печать на промышленных изделиях (банки, бутылки, чашки, бокалы и т.д.). Очень распространена печать на текстильных материалах. Учитывая, что область применения трафаретной печати обширна, то и материалы, на которых осуществляется печать трафаретными красками, очень разнообразны: это бумага и картон, стекло, текстиль, пластмассы. Все эти материалы имеют настолько разные свойства, что и краски для них тоже должны быть различными. Исходя из этого производителями красок был разработан и предлагается на российском рынке широкий ассортимент красок (см. таблицу).

КомпьюАрт 3'2013