Druckfarben: Zusammensetzung, Arten und Trocknung

Definition und Geschichte der Druckfarbe

Wir können eine Farbe als eine homogene Substanz definieren, die aus verschiedenen Arten von Produkten wie Pigmenten, Ölen und Additiven besteht. Auf einen Träger aufgebracht, reproduziert sie das Bild einer Druckvorlage.

Früher war Tinte eine Schreibflüssigkeit, die aus in Wasser gelöstem Gummi bestand. Es wurden wasserbasierte schwarze Tinten sowie natürliche Pigmente verwendet, die aus mineralischen und tierischen Quellen stammten.

Ein großer Schritt nach vorn

• Die Entstehung neuer Pigmente und Farbstoffe.
• Die Entstehung neuer Printmedien und die zunehmende Geschwindigkeit.

Allgemeine Zusammensetzung von Tinten

• Feste Phase (unlöslich und diskontinuierlich): Pigmente und Füllstoffe, gewonnen etwa aus Kohle oder Weichtieren.
• Kontinuierliche flüssige Phase: Harze und Öle (das Bindemittel).
• Additive: Zusatzstoffe für spezifische Eigenschaften.

Anforderungen an eine Tinte

• Übertragung der Farbe vom Farbkasten der Druckmaschine über das Walzensystem.
• Übertragung von der Druckform auf das Medium.
• Fixierung des Pigments oder Farbstoffs auf dem Substrat durch Trocknung.

Faktoren bei der Formulierung einer Tinte

Bei der Formulierung müssen folgende Punkte berücksichtigt werden:

• Art der Maschine und Druckgeschwindigkeit.
• Montage der Trockner.
• Typ der Photopolymere.
• Printmedien und ihre Merkmale sowie die Resistenzeigenschaften.
• Die Art des Substrats (Unterstützung).
• Der Marktpreis.

Komponenten der Tinten

Pigmente

Pigmente sind sehr feine Partikel, die im Bindemittel (Fahrzeug) der Tinte unlöslich sind.

Eigenschaften der Pigmente

• Feinheit: Bezieht sich auf die Größe der Teilchen.
• Gleichmäßige Verteilung: Es ist wichtig, dass die Pigmentpartikel im Bindemittel oder Lack vollständig dispergiert sind.
• Spezifisches Gewicht: Das Verhältnis des Gewichts zum Gewicht eines gleichen Volumens Wasser.
• Textur: Die Härte oder Weichheit des Pigments im trockenen Zustand.
• Benetzbarkeit: Die Fähigkeit der Pigmente, vom Bindemittel benetzt zu werden.
• Brechungsindex: Das Verhältnis der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum zur Geschwindigkeit im Pigment.
• Freie aktive Fläche: Molekulare Kräfte an der Oberfläche bestimmen, ob Partikel besser durch Wasser oder Öl benetzt werden.
• Löslichkeit: Die (nicht vorhandene) Fähigkeit der Pigmente, in der Flüssigkeit gelöst zu werden.
• Beständigkeit: Resistenz gegen Licht, Hitze, Fett usw.
• Optische Merkmale: Farbe, Intensität und Helligkeit.
• Preis.

Klassifikation der Pigmente

1. Schwarzpigmente

Gewonnen aus Erdgas und Erdöl. Sie sind beständig gegen Lösungsmittel, Licht, Wärme, Säuren und Laugen.

• Elfenbeinschwarz: Gewonnen aus tierischen Knochen.
• Rußschwarz (Black Coal): Besitzt eine sehr hohe Feinteiligkeit.

2. Weißpigmente

Fast alle werden aus anorganischen Verbindungen gewonnen. Es gibt zwei Arten:

• Deckweiß (opak): Totalreflektierend und lichtundurchlässig.
• Transparentweiß: Lässt Licht hindurch, welches vom Medium reflektiert wird.

Arten von Deckweiß-Pigmenten:

• Zinkweiß.
• Titanweiß (Titandioxid): Bietet die größte Opazität.

Verwendung: Deckende Farben, Mischungen zur Erhöhung der Trübung oder zur Erzeugung von Pastelltönen.

Transparentweiß-Typen: Verbessern die Eigenschaften von Pigmenten und machen das Produkt preiswerter.

3. Buntpigmente

Diese Feststoffe können natürlich vorkommen oder künstlich hergestellt werden. Sie werden unterteilt in:

• Anorganisch oder mineralisch: Hohe Dichte, geringere Intensität. Beispiele: Chromgelb, Cadmiumrot, Ultramarinblau, Chromgrün, Sepia.
• Organisch: Aus chemischen Prozessen abgeleitet.

Hauptmerkmale organischer Pigmente: Feines Korn, sauberer Ton, hohe Intensität, hohe Lichtechtheit, transparent, geringes spezifisches Gewicht, hohe Ölabsorption.

• Toner: Von Farbstoffen abgeleitete Salze.
• Farblacke: Salze, die durch Fixierung organischer Farbstoffe auf mineralischen Trägern (z. B. Aluminiumhydroxid, Kaolin) gewonnen werden.

Farbstoffe

Sie sind im Bindemittel löslich und bieten Resistenz gegen Lösungsmittel.

• Säurefarbstoffe: Z. B. Eosin.
• Basische Farbstoffe: Z. B. Methylviolett.
• Dispersionsfarbstoffe: Z. B. Anthrachinon.
• Natürliche Farben: Tierischen oder pflanzlichen Ursprungs.
• Lösliche Farbstoffe: In organischen Verbindungen wie Glykolen.

Harze

Harze schützen die Pigmente, fixieren sie auf dem Medium und verleihen Glanz.

• Natürliche Harze: Kolophonium, Schellack.
• Kunstharze: Entstehen durch Polymerisation oder Kondensation (z. B. Phenolharze, Alkydharze, Acrylharze, Epoxidharze, Maleinsäureharze).

Öle

Die Hauptaufgabe besteht darin, Harze aufzulösen.

• Pflanzenöle: Trocknende Öle für Fettdruckfarben (Leinöl, Rizinusöl, Sojaöl).
• Mineralöle: Durch Destillation gewonnene Flüssigkeiten. Sie trocknen durch Eindringen oder Verdunstung und werden in Zeitungs- oder Illustrationsfarben verwendet.

Lösungsmittel

Lösungsmittel lösen Harze auf, bilden das Bindemittel, kontrollieren die Viskosität und die Trocknung. Man unterscheidet zwischen echten Lösungsmitteln und Verschnittmitteln (Extender).

• Kohlenwasserstoffe: Toluol, Erdölprodukte.
• Alkohole: Ethylalkohol (Ethanol).
• Glykole und Wasser: Lösungsmittel für Flexodruckfarben.

Zusatzstoffe (Additive)

• Trockner: Beschleunigen die Oxidation und Oxipolimerisation.
• Antisecantes: Verhindern die Hautbildung (Oxidation) in der Masse (z. B. Polyole).
• Weichmacher: Reduzieren das Rupfen und verbessern das Trapping.
• Scheuerschutz-Pasten: Erhöhen die Widerstandsfähigkeit des Farbfilms (z. B. Polyethylene).
• Antimakulatur-Pulver: Verhindern das Ablegen (Verschmieren) im Stapel (z. B. Stärke).
• Wachse: Machen die Tinte geschmeidiger und abriebfester, verringern aber den Glanz.
• Feuchthaltemittel: Verbessern die Pigmentdispersion.
• Haftvermittler: Verbessern die Haftung auf dem Substrat.
• Füllstoffe (Verschnittweiß): Geben der Tinte Körper und erleichtern die Trocknung (z. B. Baryt, Quarz, Kalk).

Klassifizierung der Druckfarben

Fette Druckfarben (hohe Viskosität)

Bestehen aus Pigmenten, Ölen und Additiven. Trocknung durch Oxipolimerisation, Penetration oder Hitze (Heat-Set), sowie UV-Härtung.

Flüssige Druckfarben (niedrige Viskosität)

Bestehen aus Pigmenten, Harzen, Lösungsmitteln und Additiven. Trocknung meist durch Verdunstung oder Penetration.

Siebdruckfarben

Mittlere Viskosität. Die Formulierung hängt stark vom Einsatzzweck und dem Trocknungssystem ab.

UV-härtende Tinten

Hohe Viskosität, basierend auf Prepolymeren, die unter UV-Licht vernetzen.

Toner (Digitaldruck)

Bestehen aus Pigmenten, Farbstoffen und Harzen. Es gibt trockene und flüssige Toner.

Herstellungsprozess

1. Lackherstellung: Mischen von Öl und Harz bei kontrollierter Temperatur (2–6 Std.).
2. Mischen und Dispersion: Pigmente werden unter kräftigem Rühren im Lack verteilt.
3. Mahlprozess: Reduzierung der Pigmentpartikel auf die maximale Feinheit.

Eigenschaften und Anwendung

Optische Eigenschaften

Opak, halbtransparent, transparent, Metallic-Farben, Fluoreszenz- oder Sicherheitsfarben.

Rheologische Eigenschaften

Viskosität, Fließverhalten (kurz- oder langfädig), Steifigkeit.

Verwendungszwecke

Bücher, Akzidenzdruck, Illustrationen, Zeitungen, Plakate, Verpackungen und Metallgebinde.

Spezifische Farbsysteme

Offsetdruckfarben

Basieren auf dem Prinzip der Abstoßung von Fett und Wasser. Sie sind sehr farbintensiv.

• Mineralölbasiert: Gute Druckeigenschaften, aber umweltbelastend.
• Energetisch trocknend: Reagieren auf UV-Strahlung oder Elektronenstrahlen.
• Waterless Offset: Höhere Farbdichte und Konstanz.
• Pflanzenölbasiert: Z. B. Sojaöl, umweltfreundlicher, trocknen oft langsamer.
• Skalenfarben (CMYK): Die vier Standardfarben zur Mischung des Farbraums.
• Sonderfarben (Spot): Spezifische Pigmentmischungen für exakte Farbtöne.
• Heat-Set und Cold-Set: Trocknung durch Hitze im Ofen oder durch Wegschlagen.
• Spezialfarben: Z. B. magnetische Tinten für Sicherheitsdokumente.

Flexodruckfarben

Dünnflüssig, Viskosität variiert mit der Maschinengeschwindigkeit.

• Lösemittelbasiert: Exzellente Haftung auf Filmen und Kunststoffen.
• Wasserbasiert: Umweltfreundlicher, ideal für saugfähige Kartonagen.
• UV-Flexo: Beste Kontrolle über das Trocknungsverhalten.
• Spezialeffekte: Thermochrome (Farbwechsel bei Hitze), Photochrome (Lichtreaktion) oder Rubbellacke.

Tiefdruckfarben

Sehr flüssig, niedrige Viskosität. Verwenden oft Toluol oder Alkohole als Lösungsmittel. Bieten hohen Realismus bei Bildreproduktionen.

Siebdruckfarben

Vielseitig einsetzbar für Textilien, Plakate oder Keramik. Es gibt lösemittelbasierte, wasserbasierte und UV-Systeme.

Trocknungsprozesse

Der Übergang von flüssig zu fest erfolgt in zwei Phasen: Die Tinte wird klebefrei und härtet dann zu einem dauerhaften Film aus.

• Penetration (Wegschlagen): Das Bindemittel zieht in die Poren des Papiers ein (z. B. Zeitungsdruck).
• Verdunstung: Lösungsmittel verflüchtigen sich (Flexo-, Tiefdruck).
• Oxidation: Öle vernetzen sich unter Sauerstoffeinfluss zu einem festen Film.
• Quick-Set: Kombination aus Wegschlagen und anschließender Oxidation.
• Heat-Set: Verdunstung von Ölen durch Hitzeeinwirkung.
• Moisture-Set: Harze fallen aus, wenn das Glykol-Lösungsmittel Feuchtigkeit aus der Luft aufnimmt.
• Infrarot (IR): Beschleunigt die Verdunstung und Aufnahme durch Wärme.
• UV-Härtung: Photoinitiatoren bilden unter UV-Licht sofort lange Molekülketten.
• Elektronenstrahl (EB): Vernetzung ohne Photoinitiatoren, funktioniert auch ohne Sauerstoff (unter Schutzgas).