Металлизированные краски: бледно-богатое золото красок

Металлизированные краски обеспечивают отличный эстетический результат. Они способны придать обыкновенному печатному оттиску волнующий блеск благородного металла.

Непревзойденное по красоте чистое самородное золото — первый из открытых человеком металлов. Его применяли для украшения — в том числе и рукописей: «В особенно роскошных рукописях названия разделов, инициалы, начальные буквы прописывали золотом. Известны рукописные книги, полностью написанные золотом или серебром по белому или окрашенному в пурпурный цвет пергамену. Среди них Библейский кодекс, созданный в 5 веке нашей эры для епископа Ульфилы», — рассказывает энциклопедия «Книга». Кстати, красная краска — киноварь — тоже имела в своем составе серебристый металл — ртуть.

Настоящего золота или серебра в современных металлических печатных красках, конечно же, нет. Но они очень удачно имитируют благородные металлы, так как на треть состоят из металлических пигментов серебристого или золотистого цвета. Серебристый оттенок обеспечивает алюминиевая пудра, а золотистый — бронзовая, полученная из сплава меди и цинка. Строго говоря, бронзой называются сплавы меди с оловом, алюминием, свинцом или хромом. Сплав меди с никелем — это мельхиор, а с цинком — латунь. «Латунь хорошо обрабатывается давлением, характеризуется достаточной прочностью, высокой пластичностью и стойкостью против коррозии», — утверждает энциклопедический словарь.

Тем не менее пудра из сплава меди и цинка почему-то называется не латунной, а бронзовой, — видимо, по инерции: первые порошки для «бронзирования» производились из оловянистой меди, то есть из истинной бронзы. И возникло такое производство еще в 18-м веке, однако бронзовые печатные краски появились только в конце 19-го столетия. Оттенок «самоварного золота» зависит от соотношения двух металлов: чем больше в сплаве розовато-красной меди, тем более красноватый получается оттенок. Если меди 80% — цвет пигмента желтоватый, если 70% — уже зеленоватый.

Михаэль Бринкман в брошюре «Краски для офсетной печати» сжато дает описание технологии производства таких пигментов: «Исходный материал — алюминий или медно-цинковый сплав — сначала расплавляют, а затем пропускают через пневматическое сопло. Полученные песчинки просеивают и размалывают в шаровых мельницах в бронзовый порошок, который потом промывается, просушивается и полируется. Таким образом, получаются чрезвычайно тонкие блестящие металлические чешуйки. Металлические частицы имеют значительно больший диаметр, чем другие пигменты. Чем больше поверхность отдельных металлических частичек, тем больше блеск. Чем меньше размер пигментных частиц, тем меньше будет металлический эффект, но больше зачерняющий эффект от пигмента в процессе печатания». Как известно, краски — это не только пигмент. Это дисперсии пигментов в связующем — в воде или пленкообразователях. К примеру, для масляных красок пленкообразователями выступают масла (высыхающие и олифы), для эмалевых — лаки, для клеевых — крахмал или казеин, силикатных — жидкое стекло, эмульсионных — водные дисперсии синтетических полимеров. Теперь производители металлизированных красок чаще всего поставляют их уже готовыми, а в прежние времена такие краски поставлялись на полиграфические предприятия только в виде двухкомпонентной системы, состоящей из пигментной пасты и связующего. Процесс приготовления красок при помощи дрели с насадкой-смесителем требовал большой аккуратности и ловкости. Нужно было получить однородную массу с гладкой поверхностью, но при чересчур старательном размешивании хрупкие металлические чешуйки повреждались и уже не давали нужного блеска. При большом увеличении хорошо видно, что каждая частица металлического пигмента, или шлифа, — это не комок, а неправильной формы плоский листик, чешуйка, пластинка тонко расплющенного металла. За счет наложения этих частиц при печати друг на друга и обеспечивается требуемый металлический эффект.

Для разных способов печати применяется пигмент из того же самого металлического сырья, но с частицами разного размера. Для офсетной и высокой печати нужны чешуйки толщиной около 0,1 микрона и диаметром 3,5 микрона. А для глубокой и флексографской печати частицы шлифа с такой же толщиной имеют диаметр от 8 до 9 микрон. Казалось бы, самый простой способ усилить блеск — это применить пигмент с увеличенными частицами. Но для хороших кроющих свойств в краске нужно поддерживать достаточно высокое содержание пигмента, а увеличение размеров металлических частиц ведет к ослаблению действия связующих веществ и оседанию, выпадению бронзовых или алюминиевых пигментов в осадок. Срок хранения готовой краски резко сокращается. При глубокой печати наличие в краске частичек размером свыше 10 микрон ведет к образованию на оттиске полошения и других дефектов — в основном, из-за нежелательного накапливания краски позади ракеля. «Такие наслоения краски время от времени «выскакивают» из-под ножа, заметно ухудшая качество готовой продукции», — пишет Терри Кеннет в журнале «Ink World». Отсюда следует, что в металлических печатных красках нельзя использовать частицы произвольного размера, а при комбинировании надо придерживаться определенного баланса.

Сухой металлический порошок превращается в пригодную для печатных процессов краску благодаря связующим, обволакивающим и несущим каждую частицу пигмента. Предварительно порошок слегка увлажняют для облегчения последующего смешивания. Естественно, состав связующих у красок, предназначенных для разных способов печати, тоже разный. В состав фирнисов (приготовленных связующих) для офсетных красок входят твердые смолы (модифицированная канифоль и/или углеводородная смола), алкидная смола на растительной основе, минерально-масляный разбавитель, растительные масла, структурообразователи. Связующие для красок, используемых в глубокой печати, включают в себя производные целлюлозы (нитроцеллюлоза, этилцеллюлоза, целлюлозаацетатбутират и целлюлозаацетопропинат), полиамидные смолы, сополимеры винила и другие смолы.

Всего в производстве красок применяется не менее тысячи наименований компонентов связующих. Понятно, что количество возможных комбинаций бесконечно. Вот почему разработано столько серий красок, различных по своим свойствам, хотя пигментов для металлизированных красок изначально только два. Меняется состав, меняются пропорции компонентов, меняются свойства продукции. Естественно, прежде всего при создании композиции краски учитывается метод печати. Так, краски для высокой и офсетной печати должны быть гораздо более вязкими, чем краски для глубокой и флексографской печати. И тут решающее значение приобретает выбор растворителя и определение его пропорции.

В офсетных машинах красочный аппарат состоит из множества валиков, и краска довольно долго находится в машине. Если бы она содержала легколетучие растворители, то успевала бы, высыхая, много раз изменить свои свойства за время печатания, чего не должно быть ни в коем случае. Поэтому в офсетных красках используются малолетучие разбавители с очень высокой (до 300 градусов и выше) температурой кипения — минеральные масла. Количество разбавителя в пастообразных офсетных красках обычно не превышает 30%. А вот в составе жидких краскок для глубокой и флексопечати очень много — более 65% — растворителя. В идеале он должен иметь минимум цвета, запаха и токсичности, а также испаряться без остатка. Растворители для жидких красок кипят при низких (до 100 градусов) и средних (до 150 градусов) температурах. Только диацетоновый спирт, который уже не используется в производстве красок, относился к высококипящим (точка кипения 166 градусов Цельсия).

Говорить что-либо конкретное о химическом составе красок и особенно о новых рецептурах и технологиях не принято, так как производители держат эти сведения в секрете друг от друга. «Производители красок хранят свои формулы за девятью замками», — признает Михаэль Шерхаг в немецком корпоративном журнале «Print Process». Поэтому статья технического руководителя канадской компании Pemla International Терри Кеннета в американском специализированном издании «Ink World» относится к весьма немногочисленным публикациям, которые хоть немного приоткрывают дверь в научные лаборатории — на «кухню», где готовятся печатные краски. Тема статьи Кеннета — «формулирование» качественных металлизированных красок и проблема растворителей, особенно актуальная для глубокой печати.
«Ужесточение законов и меняющиеся потребности рынка вынудили производителей отказаться от многих материалов. Постепенно были заменены те материалы, которые могли оказывать вредное воздействие на окружающую среду. Кому-то это покажется банальным, но решения могут появиться только в результате кропотливых и дорогостоящих исследований, которыми необходимо заняться производителям красок. В конце концов, печатная краска — это рецепт, а его свойства зависят от совершенной гармонии всех составляющих. Изменение всего лишь одного из компонентов может отрицательно сказаться на качестве, а рынок безжалостно наказывает за подобные ошибки», — справедливо, но безо всякой конкретики пишет М.Шерхаг.

А его коллега Т.Кеннет как бы иллюстрирует сказанное выше на конкретном примере. В производстве красок для глубокой печати в качестве растворителей до недавних пор применяли толуол (бесцветная горючая жидкость, добываемая из каменноугольной смолы и продуктов нефтепереработки) и другие вредные с точки зрения экологии ароматические углеводороды. Понадобилось найти им приемлемую замену. При создании металлизированных красок нужно учитывать, что металлические пигменты лучше всего взаимодействуют с неполярными растворителями, имеющими высокое поверхностное натяжение. Использовать в этом случае низкомолекулярные спирты нежелательно. На одной из стадий производства металлической краски к пигменту добавляется смазочный материал на основе концентрированной жирной кислоты, чтобы придать поверхности металла гидрофобные и олеофобные свойства. Но низкомолекулярные спирты разрушают получившуюся на поверхности металла защитную пленку.
Как пишет Т.Кеннет, удовлетворительный результат дает изопропиловый ацетат, который является хорошим растворителем для типичных связующих, применяемых в металлизированных красках, и оставляет после себя меньше следов, что особенно важно для кондитерской и табачной упаковки. Изопропилацетат может в небольших количествах использоваться также и в офсетных металлизированных красках. Это легколетучий растворитель с числом испарения 4,0 и точкой кипения 88 градусов Цельсия.

Применение вместо толуола сложных эфиров сказывается на смазывающей способности растворителя. Одним из важных преимуществ толуола была способность прекрасно смазывать цилиндр в точке контакта с ракельным ножом в ходе печатания тиража, улучшать скольжение и качество работы ракеля, что положительно сказывалось на качестве готовой продукции. С эфирными растворителями степень смазывания снизилась, и это нужно как-то компенсировать. В отсутствие ароматических углеводородов наиболее эффективный способ повысить смазывающую способность — это использовать пластификаторы — субстанции с низкой летучестью, которые улучшают пластические качества смол и одновременно могут действовать как смазывающие вещества в рецептуре металлизированных красок.

При взгляде на химическую формулу типичных смол или канифолей, которые используются в промышленности, видно, что это высокомолекулярные соединения, в которых молекулы связаны между собой только в одном продольном направлении. Химические связи эффективно действуют только по длине полимерных цепочек, а между отдельными цепочками они очень слабые — скорее, физической, чем химической природы, а значит, пригодны для модификации пластификаторами. Степень пластификации зависит от молекулярной структуры полимера и самого пластификатора, а также от силы притяжения между полимерными цепями. Пластификаторы также способствуют испарению летучих веществ растворителя в определенных канифолях. Целлюлозные эфиры имеют свойство соединяться с некоторым количеством растворителя, но в присутствии пластификатора растворитель испаряется лучше и полнее, содержание остаточного растворителя в высохшей красочной пленке минимально.

Мерой эффективности пластифицирующих компонентов является «glass transition temperature» — Tg. Упрощенно эту величину можно представить как температуру, при которой твердый полимер начинает течь. Существенное количество пластификаторов можно использовать для снижения показателя Tg до температуры ниже комнатной. Для полимеров, уже имеющих уровень Tg ниже комнатной температуры, добавление пластификатора не нужно. Если присмотреться к действию пластификаторов получше, видно, что способность пластификаторов нейтрализовать вторичные валентные связи между цепочками молекул и прикрепляться к активным центрам зависит от полярности. Большая часть пластификаторов, базирующихся на дифенилфосфате или глицерилтриацетате, хорошо зарекомендовала себя в большинстве красочных систем. Тем не менее использовать их надо с осторожностью, так как они могут портить упаковку и понижать прочность красочного слоя.

Казалось бы, выбор смол диктуется выбором растворителей, которые можно применять для металлизированных красок. Поэтому в поисках безвредных технологий пытались обратиться к совершенно новым смолам и растворителям для создания безуглеводородных металлизированных красок. На практике обнаружилось, что многие из уже известных смол, применявшихся ранее в системах на базе толуола, вполне пригодны в сочетании со сложноэфирными и подобными им растворителями. Идеальными оказались низкокислотные акрилы и целлюлозные эфиры, образующие растворы с низкой вязкостью и едкостью (высокая едкость может неблагоприятно повлиять на металлические частицы и вызвать нежелательные химические реакции, поэтому лучше всего подходят для металлических красок смолы с кислотными номерами менее 10).

Чем лучше растворимость и восстановимость смол, тем лучше стойкость и стабильность краски при печати, меньше накопление краски позади ракельного ножа и тем реже появляются полошение и тенение. При создании рецептур красок было бы гораздо проще иметь дело с одной группой смол и одной группой растворителей, однако обычно приходится модифицировать металлизированные краски дополнительными смолами, улучшающими стойкость к истиранию, блеск и другие полезные качества. Но это опять-таки должны быть низкокислотные смолы с хорошей растворимостью.

Говоря о поведении металлизированных красок при глубокой печати, нужно заранее иметь в виду, что на разных печатных машинах будут получены разные результаты. Для большинства машин глубокой печати — таких, как Lemanic или Bobst Champlain, — вязкость металлических красок должна строго выдерживаться. Внимательно контролируя подачу краски на печатную секцию, можно уменьшить число дефектов печати по вине краски благодаря сокращению разбрызгивания и в некоторой степени тенения. На меньших машинах типа Chestnut реже возникают проблемы с тенением, но в процессе высыхания чаще происходит расщепление краски.

При всех способах печати при работе с металлическими красками надо принимать во внимание температуру и влажность воздуха в печатном цехе. Обычно в летние месяцы гораздо больше неприятностей, чем зимой: из-за повышенной температуры растворители улетучиваются быстрее, и краска покрывается пленкой. А высокая влажность способствует окислению металла и утрате блеска. Чтобы свести испарение до минимума, требуется поддерживать в цехе постоянную температуру и плотно закрывать емкости с краской. Если краски мало и ее не размешивать, пленка обязательно появится.

Металлизированную краску следует беречь от окисления и выпадения пигмента в осадок. Для этого рекомендуется использовать не очень большие емкости с краской и регулярно добавлять туда свежую краску.

Терри Кеннет, автор пространной статьи в журнале «Ink World», пишет, что изменения в технологии изготовления и применения металлизированных красок были вызваны возросшими требованиями заказчиков и законодателей. Пришлось искать новые красочные рецептуры на основе растворителей и одновременно разрабатывать металлизированные краски на водной основе. В узкорулонной флексографской печати уже сегодня широко применяются водоразбавляемые металлизированные краски, так как в этом секторе традиционно работают с красками на водной основе и здесь приняты собственные стандарты.
Строго говоря, вода тоже является растворителем, только неорганическим, и относится к очень труднолетучим: число испарения воды — 90, то есть она испаряется в 90 раз медленнее, чем эфир. Кроме того, вода по сравнению с другими растворителями имеет более сильное поверхностное натяжение. Но ведь искусственные смолы, которые применяются в качестве связующего, не растворяются в воде! «Чтобы сделать их водоразбавляемыми, смолы эмульгируют в воде подобно дисперсии или нейтрализуют аммиаком или органическими аминами (омыливание)», — поясняет брошюра фирмы Siegwerk. Понятно, что водорастворимые краски сохнут медленнее, чем обычные, и ускорить этот процесс можно повышением температуры, дополнительной вентиляцией, снижением скорости печати и уменьшением высоты стопы. При глубокой печати глубину травления печатного цилиндра также необходимо уменьшить.

Водорастворимые краски сильнее подвержены пенообразованию, чем обычные. К тому же их труднее смывать. «Из-за своего химического состава водорастворимые краски и лаки хорошо закрепляются. Поэтому валики и цилиндры должны двигаться до самого завершения работы, а после прогона тиража необходимо все части машины, контактирующие с краской, незамедлительно промыть водой или смесью воды и этанола. Засохшую краску можно удалить с помощью смеси: вода, этанол, аммиак или амин и любое чистящее средство. Этилацетат также хорошо очистит засохшие цилиндры», — советует брошюра Siegwerk. Краски, содержащие воду, ни в коем случае нельзя оставлять на морозе.

Золотые и серебряные краски на водной основе поставляет, к примеру, компания Hostmann-Steinberg, которая относится к Huber Gruppe. Серия металлизированных красок Acrylac по композиции связующего аналогична дисперсионным лакам. В отличие от грунтовых золотых красок или офсетных бронзовых красок, которые закрепляются в результате окислительной полимеризации, краски Acrylac не имеют характерного запаха и подходят для печати на упаковках пищевых продуктов и сигарет. «По качеству передачи металлического блеска и степени глянца оттиски, полученные с использованием данных красок, намного превосходят достигаемый сегодня результат офсетной печати. Преимущества нового способа становятся очевидными при сравнении данного способа с бронзированием. Для грунтования золотой краской и бронзирования требуются дополнительные рабочие операции и площади для промежуточного хранения оттисков между операциями. К тому же процесс этот трудоемкий и вредный ввиду образования пыли от металлического пигмента. В противоположность этому материалы Acrylac можно наносить в режиме «онлайн» через модифицированную лаковую башню офсетной печатной машины», — говорится в рекламной брошюре.
Разработчики утверждают, что Acrylac — исключительный продукт, на который выдан патент. Поставляются эти краски как в однокомпонентном, так и в двухкомпонентном виде. Интересно, что для достижения различных золотых оттенков в этих красках применяются наряду с металлическими интенсивные цветные пигменты с высокой степенью прозрачности. Вводить красочные подцветки можно самостоятельно, используя специальную серию концентрированных красочных паст.

Торжокский завод полиграфических красок выпускает водную металлизированную краску для печатания способом глубокой печати (номер серии и марка 43143-93) и флексографской печати (44146-93). Что же касается традиционных металлизированных офсетных красок, то на российском рынке можно найти соответствующую продукцию не только уже упомянутых Huber Gruppe или Торжокского завода, но и МПК «Сан Кемикэл», фирм Akzo Nobel, Van Son, Flint Ink, Gerbrueder Schmidt, Wohstenholme, Eckart Werke, Coates Lorilleux, Sicpa, Brancher, Spectrum и некоторых других. Практически все ведущие производители полиграфических красок имеют в своем ассортименте металлизированные краски. У поставщиков имеется также южнокорейская и китайская продукция.

Дизайнеры во всем мире охотно экспериментируют с металлическими эффектами. «Металлические цвета с различными оттенками создают смешением триадных и смесевых цветов с чистыми металлизированными красками. В процессе смешения концентрация стружки уменьшается, поэтому ослабляется блеск. В альбоме Pantone Metallic Color Guide содержится 204 образца металлических цветов и их оттенков, — пишет американский дизайнер-график Марти Бодет. — Применение металлизированных красок может значительно усилить воздействие дизайна на зрителя». Он советует не бояться экспериментов, благодаря которым каждый день можно делать маленькие открытия. Например, один из календарей с фотопейзажами очень выиграл оттого, что был напечатан красками Hexachrome поверх подложки металлического цвета. Все изображения как будто осветились изнутри и засияли. Однако надо иметь в виду, что металлические краски не любят, когда поверх них наносят дополнительные покрытия, особенно УФ-лаки.

В Европе большое внимание уделяется вопросу утилизации отходов металлизированных красок, учитывая, что в них содержится медь. Там загрязненную воду после смывки машин обязаны пропускать через установку для дистиллирования, если в месяц набирается больше тонны такой воды. При небольших объемах смывочную воду просто собирают в емкости и выдерживают 1-2 дня для осаждения пигмента. Осажденный металлический пигмент утилизируют в порядке, согласованном с местными органами по охране окружающей среды.

Осталось сказать несколько слов о бумаге. Наилучший металлический эффект достигается на высококачественных глянцевых мелованных бумагах. «Чтобы не пропал металлический блеск на оттиске, показатель рН бумаги должен быть не ниже 7. При использовании бумаги с высокой впитывающей способностью (например, немелованной) возникает опасность сильного пробивания связующего, то есть его проникновения на оборотную сторону бумаги, из-за чего оттиски будут иметь очень низкую прочность на истирание (возможно осыпание металлического порошка). Поэтому бумагу с высокой впитывающей способностью рекомендуется предварительно запечатать олифой или лаком», — рекомендует справочник «Расходные материалы для офсетной печати» Марогуловой и Стефанова.

Другие распространенные способы получения металлических эффектов — печать на металлизированных материалах и горячее тиснение фольгой. Но металлизированные бумаги в несколько раз дороже обычных, а для горячего тиснения требуются специальное оборудование, фольга и штампы. Есть свои минусы и у пигментированных металлами лаков. Так что наиболее удобны в применении и экономически выгодны все-таки металлизированные краски. А главная задача у людей, работающих с ними, — сохранить блеск, который наиболее высок у свежеприготовленной краски.

Таблица 1. Оттенки золотисто-бронзовых красок

Таблица 2. Диапазон кипения разбавителей для офсетных красок (в градусах Цельсия)

Таблица 3. Летучесть некоторых растворителей для флексографской и глубокой печати