Трафаретные краски: классификация и виды

Краски — общее наименование для группы цветных красящих веществ, предназначенных для непосредственного использования в той или иной сфере промышленности или быта. Чаще всего под словом «краски» подразумевают суспензии пигментов или их смеси с наполнителями в связующем веществе.

Печатные краски в общем смысле — 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 обладать соответствующими тиксотропными характеристиками.

Трафаретная печать

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).

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, и в таком случае нужно использовать сита с более крупными 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 явным образом понижают вязкость.

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

Компонентами трафаретных красок являются:

1. Красящие вещества — пигменты или красители. Красители растворимы в красильной среде (растворителе). В процессе окрашивания они проникают внутрь материала и образуют более или менее прочную связь с волокнами. Пигменты нерастворимы. В краске они находятся в связующем (олифе, нитроцеллюлозе и др.), и свойства краски зависят больше от связующего, чем от пигмента.
2. Связующее. Задача связующего — склеить красящее вещество с поверхностью печатного изделия. В основе связующего, как правило, лежит смола с растворителем, который отвечает за консистенцию краски до момента ее высыхания.
3. Добавки. Для улучшения свойств краски существуют различные добавки. Далее перечислены основные их виды (у производителей могут существовать и другие специализированные добавки):
   • растворители — снижают вязкость краски;
   • замедлители — снижают вязкость краски и скорость ее высыхания;
   • улучшители текучести — улучшают растекание краски на отпечатке, снижают образование мелких пузырей;
   • загустители — делают краску более вязкой и густой;
   • антистатики — улучшают электропроводность краски, снижают накопление статического разряда, уменьшают статическое разбрызгивание;
   • отвердители и катализаторы — улучшают адгезию краски к сложным материалам;
   • матовая добавка — делает краску более матовой;
   • пигменты — красящие добавки, увеличивающие светосилу (насыщенность) цвета.

Связующее

Задача связующего — склеить красящее вещество с поверхностью печатного изделия. От свойства связующего зависят: адгезия краски с печатным материалом, способы сушки, светостойкость, высота красочного слоя, глянец, стойкость к истиранию.

Это основная (базовая) смола, совместимая с материалом, на котором производится печать. На практике ее можно сравнить 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.

Связующее — акриловая смола

Многие смолы используются в комбинации друг с другом, поскольку в таком случае наилучшим образом проявляются 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

Это инертное и бесцветное вещество, которое придает смоле пастообразную консистенцию. С ним объем вещества увеличивается без ущерба для печатных свойств. Существуют наполнители, влияющие на оптическую плотность краски. Некоторые наполнители добавляют в прозрачные составы. Они увеличивают объем краски, не снижая способность пропускать свет.

Наполнители удешевляют процесс печати, а следовательно, снижают стоимость готового изделия. Есть составы, применяемые для поддержания заданного технического состояния краски.

Пигменты

Пигмент — это компонент наполненных композиционных материалов, который придает им непрозрачность, цвет, противокоррозионные 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 и трафаретной краски является минимальным, в среднем значения колеблются в пределах от 5 до 10%. В связи с этим понятие покрывной способности не может быть связано с одним лишь пигментом, а скорее, с балансом 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.

Пигменты

Металлические пигменты представляют собой порошки (пудры) алюминия, бронзы, меди, цинка, имитирующие покрытие под «золото», «серебро» и т.д. Алюминий хорошо окрашивается красителями, что позволило выпустить порошки всех цветов радуги. Металлические пигменты характеризуются высокой светостойкостью, укрывистостью и большой отражательной способностью.

Пигменты во время производства покрываются тончайшей пленкой парафина, чтобы не слипались во время хранения, а во время нанесения всплывали на поверхность связующего. Краски на основе металлических пигментов с некоторыми связующими делают двухкомпонентными из­за того, что парафин при длительном контакте с органическими растворителями растворяется и пигмент выпадает в осадок — в результате краска теряет свои декоративные и технологические свойства. Смешивают компоненты непосредственно перед печатью.

Перламутровые пигменты представляют собой тонкие, толщиной не более 0,15 мкм листочки слюды, покрытые полупрозрачным слоем оксидов металла. Слюдяные порошки отличаются высокой кроющей способностью.

Флуоресцирующие пигменты трансформируют энергию, поглощаемую из УФ­лучей и видимой части коротковолновых лучей дневного света в видимые световые лучи с максимумом в длинноволновой части спектра, которые суммируются с избирательно отраженными лучами падающего света, благодаря чему отраженные лучи становятся в 1,5­2 раза ярче, чем у обычных пигментов. В качестве флуоресцирующих пигментов чаще всего используют красители трифенилметанового ряда, переведенные в нерастворимое состояние.

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, изменить 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 некоторые растворители имеют большую способность смешиваться с водой. Некоторые из наиболее распространенных растворителей, таких как бутилгликоль и циклогексанон обладают способностью 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 подобных растворителей при повышенной влажности в атмосфере тиражестойкость трафаретной формы окажется ниже.

Увлажнители и катализаторы

Увлажнители. Чтобы трафаретную краску можно было использовать для печати, кроме смолы, наполнителя, пигмента и растворителя, она нуждается 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 пустот и заполнять пробелы, присутствующие на подложках. Поэтому наличие таких добавок является обязательным.

Катализаторы. Их также называют отвердителями. Используются они для создания полимеров, сополимеров или пространственных сеток, которые увеличивают устойчивость краски в отношении как агентов внешней среды, так и 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.

Сиккативы

Сиккативы представляют собой комбинацию металлических солей: кальций, свинец и кобальт. Их добавляют в те краски, которые закрепляются окислением. Большинство этих красок изготавливают на основе алкидной смолы, которая после закрепления образует твердую и гибкую пленку. На закрепление обычно требуется шесть­восемь часов. Этот процесс можно ускорить повышением температуры (использованием сушильного шкафа) до 80­120 °С. При такой температуре закрепление занимает 5­15 мин.

Модификаторы

К целому спектру добавок применяются модификаторы, которые можно добавить в краску для повышения ее печатных и отделочных характеристик. Некоторые трафаретные краски, например на основе алкида, винила или эпоксидной смолы, имеют тенденцию к чрезмерному образованию пузырьков во время печати. Это происходит из­за попадания воздуха в краску, когда она проталкивается вперед­назад вдоль трафарета. Обычно образовавшиеся пузырьки лопаются по мере того, как краска проходит через трафарет, а красочная пленка растекается и образует ровную, гладкую поверхность. Однако в некоторых красках эти пузырьки исчезают медленно, вызывая неровность и крапчатость на уже закрепленной поверхности красочной пленки.

Эту проблему можно решить, например, добавлением силикона, который уменьшает поверхностное натяжение краски и способствует выходу пузырьков воздуха до того, как пленка закрепилась.

Противоосадочные добавки добавляют в краску, содержащую густые, высоковязкие пигменты и разбавители. Эти добавки препятствуют осаждению твердых частиц из подвешенного состояния на дно контейнера с краской. Их добавление продлевает срок годности краски.

Восковые клеи добавляют в краски для трафаретной печати, чтобы повысить их устойчивость к истиранию, при этом, как и при применении всех модификаторов, надо знать меру.

В некоторые виды краски добавляют пластификаторы, чтобы повысить гибкость закрепленной красочной пленки. Они образуют важный компонент в составе пластизольных красок, которыми пользуются в печати по одежде, и красок для трансферов и деколей, особенно когда от красочной пленки требуется устойчивость к чрезмерному физическому давлению, как это случается во время трансферного процесса.

Классификация трафаретных красок

Теоретически краски можно разделить по таким критериям, как запечатываемые материалы (впитывающие, невпитывающие, текстиль и т.д.), действие растворителя (в том числе воды) — окислительная полимеризация, фотохимическая полимеризация, полимеризация под действием температуры, комбинированное; цветность (готовые смесевые, триадные, металлизированные и пр.); способ нанесения (прямой или косвенный). Но нам представляется, что трафаретные краски логично разделить в зависимости от связующего.

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 окислительной полимеризации содержат связующие на основе высыхающих растительных масел (олифы), которые под воздействием кислорода, температуры, освещения и наличия катализаторов отверждаются в результате образования пространственных полимерных структур. Алкидные олифы и алкидные смолы наиболее часто употребляются при изготовлении полиграфических красок для различных способов печати. Окислительная полимеризация обеспечивает высокое качество красочной пленки, но закрепление продолжается довольно долго. Повышение температуры ускоряет процесс в несколько раз. Для ускорения высыхания в связующем сочетают олифы и растворы твердых смол в органических растворителях.

Двухкомпонентные краски представляют собой основной раствор и отвердитель (катализатор), поставляемые раздельно и смешиваемые в указанных изготовителем пропорциях непосредственно перед использованием. Время употребления такой смеси ограничено несколькими часами. Изменяя дозировку отвердителя, можно регулировать скорость полимеризации в некоторых пределах. Горячая сушка ускоряет процесс отверждения.

Эпоксидные краски, являясь двухкомпонентной композицией, нашли широкое применение, так как получаемые покрытия отличаются высокой химической и термической стойкостью, хорошей адгезией к различным материалам, высокими электроизоляционными свойствами. В частности, покрытия на основе эпоксидных полимеров используются в производстве лаков для консервной тары.

Жидкие эпоксидные смолы во время полимеризации не изменяются в объеме, если в них не добавлены растворители. Для понижения вязкости эпоксидной краски используют растворители: целлозольв, ароматические углеводороды, кетоны, спирты. Растворители являются замедлителями полимеризации, так как на испарение требуется определенное время.

Полиуретановые краски отличаются от остальных лакокрасочных композиций уникальной особенностью: сочетанием высокой твердости и эластичности.

Пластизоли — краски, состоящие из дисперсии поливинилхлорида (синтетического полимера) в пластификаторе, который при комнатной температуре придает краске текучесть и стабильную вязкость как при печати, так и при хранении. Кроме того, в состав пластизоли входят добавки сополимеров винилхлорида, стабилизаторы и другие добавки, улучшающие свойства покрытия.

Пластизоли

Образование покрытия из пластизолей происходит при нагревании. В начале нагрева из­за увеличения растворимости полимера в пластификаторе вязкость краски снижается, что повышает смачивание запечатываемой поверхности и проникновение ее во все поры и неровности. При температуре выше 50 °С начинает возрастать вязкость вплоть до образования нетекучей массы. Окончательное формирование покрытия происходит при 170­240 °С (напоминает процесс вулканизации каучука).

Высокоэластичное покрытие из пластизоля, нерастворимое в воде и во многих растворителях, нашло широкое применение в трафаретной печати по различным натуральным и синтетическим тканям. В зависимости от состава текстиля выпускается несколько видов пластизолей. Пластизолями печатают часто непосредственно на ткань способом «сырое по сырому», то есть без промежуточного нагрева, или печатают на временную бумажную подложку, с которой изображение переносят и закрепляют на одежду горячим способом. Цвет ткани обычно не имеет значения, если это не оговаривается в инструкциях по применению, так как краски в основном имеют достаточную кроющую способность.

Краски УФ­отверждения сохраняют постоянную вязкость и не высыхают при обычных условиях как в банках, так и на трафарете, что важно при временных остановках печатного станка. Это позволяет получать высокое качество оттисков. Они закрепляются в течение нескольких секунд под воздействием УФ­излучения, образуя полимерную структуру. Краска не изменяется в объеме, так как не испаряет растворители, в отличие от обычных красок, поэтому для получения минимальной толщины красочного слоя следует применять самые тонкие сетки.

УФ-лак Excure Screen Varnishes

Небольшие габариты УФ­сушилки, минимальный расход электро­энергии и безвредность для окружающей среды — серьезные аргументы в пользу таких красок.

Водорастворимые трафаретные краски на основе акриловых водорастворимых полимеров нашли широкое применение в печати авторских произведений художников, иллюстраций для книг и других высокохудожественных изданий. Такие работы часто выполняются в небольших студиях и мастерских художников, не имеющих отдельных помещений для размещения станка и мощной системы вентиляции.

Чаще всего термин «водорастворимые» подразумевает, что краска может быть первоначально разведена до необходимой концентрации водой, но после ее испарения полимер, входящий в состав связующего краски, образует монолитное покрытие и вторично уже не растворим в воде. Для получения водорастворимых красок используют алифатические эфиры двухатомных спиртов (целлозольв). Они растворяют алкидные смолы, но сами, в свою очередь, могут быть разбавлены водой. По сравнению с водой эфиры имеют более высокую точку кипения: метилцеллозольв — 124,5 °С, этилцеллозольв — 135,6 °С, бутилцеллозольв — 171,2 °С.

Высохшая акриловая краска смывается или разрушается специальной «смывкой», содержащей определенную композицию растворителей и предназначенной для определенного вида акрилового связующего. Для снижения скорости высыхания в краску, в случае необходимости, добавляют отдельно выпускаемые «замедлители».

Для текстильных красителей за­гус­тители готовят на основе крахмала или траганта, дающих вязкие растворы при небольшом расходе вещества.

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, 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.