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Druckfarbe

Druckfarben und -additive in einem lithographischen Druckstudio

Druckfarben sind farbmittelhaltige Gemische, die mit Hilfe einer Druckform auf einen Bedruckstoff übertragen werden. Druckfarben müssen in dünner Schicht (trockene Druckfarbenschichten im Offsetdruck und Flexodruck sind 1–3 µm dick,[1] hingegen im Siebdruck bis zu 15 µm) einen intensiv gefärbten Farbfilm bilden – dazu enthalten sie Farbmittel, in der Regel anorganische und organische Pigmente, Titandioxid oder Farbruß.

Die Farbmittel müssen auf den Substraten in einem dauerhaften und mechanisch belastbaren Farbfilm eingebettet sein – dazu enthalten Druckfarben Bindemittel, die die Pigmente umhüllen.[1]

Während des Druckvorgangs ist ein Übergang vom flüssigen Zustand, in dem die Druckfarbe auf der Druckmaschine und der Druckform verteilt und übertragen werden kann, in den trockenen, festen Zustand auf den Bedruckstoff erforderlich. Zur Erfüllung dieser Anforderung enthalten Druckfarben flüssige Komponenten, die durch Verdunsten, Wegschlagen (Eindringen) in den Bedruckstoff oder durch chemische Reaktion den Übergang flüssig/fest ermöglichen.[2]

Inhaltsverzeichnis

Einteilung von DruckfarbenBearbeiten

Je nach den Anforderungen des jeweiligen Druckverfahrens, der verwendeten Druckmaschinentechnik und den üblicherweise eingesetzten Bedruckstoffen (Substraten) kommen sehr unterschiedliche Druckfarbenformulierungen zum Einsatz.

Die Toner der elektrostatischen und die Tinten der Tintenstrahl-Druckverfahren sind keine Druckfarben nach der üblichen Definition. Die Bezeichnung Druckerschwärze für (schwarze) Druckfarbe wird fachsprachlich nicht mehr verwendet.

Rollenoffset-Coldsetdruckfarben (Zeitungsdruck)[3]Bearbeiten

Mittels Rolleoffset-Coldsetdruckfarben werden Zeitungen und zeitungsähnliche Werbeschriften hergestellt. Die Farben trocknen durch Wegschlagen der Flüssigkomponente in den Bedruckstoff.

  • 8–20 % Pigmente
  • 25–35 % Polymere bzw. Harze (z. B. kolophoniummodifizierte Harze)
  • 40–60 % Öle (Mineralöl, Pflanzenöl, modifiziertes Pflanzenöl)
  • 2–5 % Additive

Rollenoffset-Heatsetdruckfarben[3]Bearbeiten

Unter Verwendung der Heatsetdruckfarben werden Zeitschriften, Kataloge, Bücher und Werbeschriften hergestellt. Die Farben trocknen durch Verdunsten von Mineralölen mithilfe thermischer Energie, daher der Name „Heatset“.

  • 8–15 % Pigmente
  • 25–40 % Polymere bzw. Harze (kolophoniummodifizierte Harze und Kohlenwasserstoffharze)
  • 30–45 % hochsiedende Mineralöle (Siedebereich 250–310 °C)
  • 2–8 % Additive

Bogenoffset-Druckfarben[3]Bearbeiten

Mittels Bogenoffset-Druckfarben werden Bücher, Werbeschriften, Zeitschriften, Verpackungen (z.B. für Lebensmittel oder Kosmetika), Kalender, Poster und Flyer hergestellt. Die Farben trocknen durch Wegschlagen und oxidative Trocknung (Polymerisation) von Pflanzenölen und deren Derivaten. Die Mehrzahl der heute in Europa produzierten Bogenoffset-Druckfarben ist mineralölfrei.

  • 10–30 % Pigmente
  • 25–35 % Polymere bzw. Harze (kolophoniummodifizierte Harze, Alkydharze)
  • 30–40 % flüssige Komponenten (z. B. Pflanzenöl oder Mineralöl)
  • 5–10 % Additive

Illustrationstiefdruckfarben[3]Bearbeiten

In diesem Druckverfahren werden Zeitschriften, Kataloge und Werbeschriften in hohen Auflagen hergestellt. Die Farben trocknen durch Verdunsten von Toluol, das in der Druckanlage rückgewonnen und wiederverwendet wird.[4]

  • 12–15 % Pigmente
  • 20–30 % Polymere bzw. Harze (kolophoniummodifizierte Harze, Kohlenwasserstoffharze)
  • 45–60 % Toluol
  • 2–5 % Additive

Flüssigfarben (wasserbasiert)[3]Bearbeiten

In diesen Verfahren werden Verpackungen aus Papier, Karton und Folien sowie Tapeten, Geschenkpapiere, Hygienepapiere (Tissue) und Dekorpapiere bedruckt. Die Farben trocknen durch Verdunsten und Wegschlagen von Wasser.

  • 15–25 % Pigmente
  • 10–25 % Polymere bzw. Harze
  • 35–60 % Wasser
  • 8–12 % Additive

Flüssigfarben (lösemittelbasiert)[3]Bearbeiten

In diesen Verfahren werden Verpackungen aus Folien und Verbundwerkstoffen sowie Dekorfolien bedruckt. Die Farben trocknen durch Verdunsten von Lösemitteln, die im Druckprozess aufgefangen werden.

Strahlenhärtende Druckfarben[3]Bearbeiten

Diese Druckfarben kommen für spezielle Anwendungen in verschiedenen Druckverfahren zum Einsatz. Es werden unter anderem Verpackungen, Etiketten, Veredelungen, Kunststoffflaschen und Tuben bedruckt. Die Farben trocknen durch lichtinduzierte Polymerisation von Acrylat-Oligomeren und -Monomeren.

  • 10–30 % Pigmente
  • 40–80 % Polymere bzw. harze
  • 10–20 % Additive (inklusive Photoinitiatoren)

Allgemeine Anforderungen an DruckfarbeBearbeiten

Optische EigenschaftenBearbeiten

Die Druckfarbe soll einen geforderten Farbton (Farbort, Farbstärke, Hell/Dunkel) auf einem Bedruckstoff realisieren. Oberflächenglanz, metallischer Glanz und Interferenzerscheinungen lassen ein Druckprodukt hochwertiger erscheinen. Teilweise werden Glanzeffekte auch durch Lacke erzielt. Die optischen Eigenschaften sind abhängig von dem Druckverfahren, dem Bedruckstoff, dem Standort des Betrachters, sowie der Lichtquelle, unter der das Druckprodukt betrachtet wird. Glanzeffekte sind abhängig vom Betrachtungswinkel des Beobachters.

Mechanische EigenschaftenBearbeiten

Die mechanischen Eigenschaften von Druckfarben werden auch rheologische Eigenschaften genannt. Die Vielzahl unterschiedlicher Druckverfahren und Bedruckstoffe erfordert unterschiedliche Druckfarben. Druckfarben für Druckprozesse, bei denen der Farbauftrag durch Walzen erfolgt (Offsetdruck, Flexodruck, Tiefdruck) erfordern einen guten Transport der Farbe über die Farbwalzen.

Der Farbtransport wird über die Zügigkeit der Farbe bestimmt[5]. Sie ist ein komplexes Verhältnis von Viskosität, Kohäsion und Adhäsion und wird als tack in der Druckfarbenprüfung gemessen.

Chemische und physikalische EigenschaftenBearbeiten

Die chemischen und physikalischen Eigenschaften bestimmen maßgeblich das Trocknungsverhalten einer Druckfarbe.

Das Wegschlagen bezeichnet das Eindringverhalten einer Druckfarbe in einen Bedruckstoff.[6] Wegschlagende Farben sind Farben, die aus einem Träger (oftmals ein Leinölderivat) und einem Pigment sowie einem Firnisbildner bestehen. Im einfachsten Fall besteht die Farbe nur aus Pigment und Leinöl. Das Wegschlagen einer Druckfarbe muss für einen qualitativ hochwertigen Druck genau definiert sein. Dabei spielt auch der Bedruckstoff eine entscheidende Rolle.

Die Oxidation des Bindemittels ist ein chemischer Prozess, der ebenfalls oft zur Trocknung von Druckfarben 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. Es startet eine Kettenreaktion der Bindemittelkomponenten, die zur Vernetzung zu einem 3-dimensionalen, stabilen Gebilde innerhalb der gedruckten Farbschicht führt. Bei physikalisch trocknenden Druckfarben erfolgt die Verfestigung auf dem Druckträger durch Verdampfung / Verdunstung des flüchtigen Bestandteils der Druckfarbe oder durch Strahlenhärtung. Als flüchtige Bestandteile werden Wasser (lösemittelfreie Druckfarben) oder Alkohole, Ester, Ketone (in der Regel für Verpackungsdruckfarben), Toluol (für Illustrationstiefdruckfarben) oder hochsiedende Mineralöle (Rollenoffsetfarben) eingesetzt. Strahlenhärtende Druckfarben (Offset- oder Flexodruckfarben) werden durch radikalische Polymerisation der ungesättigten Polymere gehärtet – ausgelöst durch UV-Strahlen (ultra violett, Wellenlänge unterhalb des sichtbaren Bereichs zwischen 120 und 380 nm) oder durch ESH (Elektronenstrahlhärtung). Diese Aushärtung erfolgt in weniger als einer Sekunde. Die Druckfarben haben hohe Beständigkeiten (vernetzt) und sind lösemittelfrei.

Die Toxikologischen Eigenschaften von Druckfarben sind vor allem für den Einsatz von Druckprodukten zur Verpackung von Lebensmitteln[7], aber auch bei Spielzeug[8] und Hygieneprodukten von entscheidender Bedeutung.

Die Physikalische Beständigkeit einer Druckfarbe ist die Widerstandsfähigkeit gegenüber mechanischen Belastungen und Strahlung. Prüfgrößen sind daher zum Beispiel die Abrieb-/Scheuerfestigkeit[9] und Wischfestigkeit. 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. Die chemische Beständigkeit ist eine Anforderung, die vor allem an Verpackungen gestellt wird. Je nach Einsatzzweck werden Lösemittelbeständigkeit, Fettbeständigkeit (Butter), Säurebeständigkeit (z. B. Essig), Basenbeständigkeit (z. B. Reinigungsmittel), Speichel (z. B. Kinderspielzeug, Süßigkeiten), Schweiß, Milch, etc. gefordert. Diese sind duch entsprechende Normen und Verordnungen wie zum Beispiel DIN ISO 12040, DIN ISO 2836, DIN EN 71, EN 646 und Verordnung (EU) 10/2011 geregelt

DispergierungBearbeiten

Für den Offsetdruck spielt neben der verständlichen Wasserechtheit die Dispergierung der Pigmente im Druckfarbenfirnis eine wichtige Rolle. Eine schlechte Dispergierung (feinste Verteilung) führt zu Pigmentagglomeraten (Pigmentklumpen), die bei Schichtdicken um 1 µm durch aus der Schichtoberfläche herausragende Agglomerate eine Verminderung der Farbstärke und des Glanzes zur Folge haben. Betroffen ist dadurch ebenfalls die Transparenz. Die Dispergierung erfolgt zum einen während der Druckfarbenherstellung und zum anderen zusätzlich im Walzenfarbwerk der Offsetdruckmaschine.

Bestandteile von DruckfarbeBearbeiten

Druckfarben bestehen aus:

FarbmittelBearbeiten

Farbmittel werden in Pigmente oder Farbstoffe unterteilt. Pigmente liegen in Form von anorganischen und organischen, farbigen, schwarzen oder weißen Materialien vor und sind im Verarbeitungsmedium praktisch unlöslich. Farbstoffe hingegen verlieren im Verarbeitungsmedium ihre Kristall-/Partikelstruktur und lösen sich darin.[10]

Eine Sonderrolle nehmen die Effektpigmente auf Basis von Metallschliffen und Glimmer ein.

BindemittelBearbeiten

Bindemittel dienen dazu, die Farbmittel zu benetzen und eine beständige Bindung mit auf dem Substrat zu ermöglichen.[11] Ihre Auswahl erfolgt nach Druckverfahren, Substrat und Anforderungen des Endprodukts. Bindemittel liegen im Farbsystem in in Lösemittel gelöster Form oder in disperser Form vor.

Ihre grundlegende Eigenschaft ist die Ausbildung einer für den Druckprozess erforderlichen Rheologie die erst den Farbtransport mittels Lösungsmittel von der Druckform zum Substrat ermöglicht. Weiterhin ermögliches sie die Ausbildung eines Farbfilms beim Trocknen der Druckfarbe der die späteren Eigenschaften des Druckes entscheidend mitbestimmt.

HarzeBearbeiten

Grundstoff der Hartharze ist Kolophonium (Baumharz) aus Portugal, Brasilien, Mexiko oder China. Durch chemische Modifikation wird gezielt eingestelltes Hartharz hergestellt. Hartharze bilden einen harten bis spröden Film auf der Oberfläche des Bedruckstoffes aus.

Grundstoff der Flüssigharze (Alkyde) sind Leinöl oder Sojaöl. Druckfarben aus Flüssigharzen bilden einen weniger spröden Farbfilm und die Benetzung der Pigmente bei der Herstellung wird erleichtert.

DruckfarbenfirnisseBearbeiten

Im Buch- und Offsetdruck werden Firnisse als Bindemittel eingesetzt. In diesen Druckfarben werden nahezu alle mechanischen, physikalischen und chemischen Endeigenschaften durch die Firnisse bestimmt.

Mischungen mit ungefähr gleichen Anteilen aus Harzen und Ölen werden als Firnisse bezeichnet. Harze haben eine sehr hohe molare Masse und liegen daher „kolloid“ gelöst vor. Beim Mischvorgang nehmen sie Öle in sich auf und quellen dadurch auf. Es werden Pflanzenöle (native Öle) und mineralische Öle eingesetzt.

LösemittelBearbeiten

Als Lösemittel werden organische Lösemittel, Wasser und Reaktivverdünner eingesetzt. Ihre Aufgabe ist es die Inhaltsstoffe wie Pigmente, Bindemittel oder Additive in dispergierter und/oder gelöster Form aufzunehmen und den Transport über die Druckform auf das Substrat zu ermöglichen.

Nach dem Druckprozess entweicht das Lösungsmittel durch Trocknung/Verdunstung, wegschlagen oder wird mittels Polymerisation in den Farbfilm eingebunden.

AdditiveBearbeiten

Additive können unterstützend bei der Produktion der Druckfarben sowie zur Optimierung der Druckfarbe eingesetzt werden, um auf spezifische Anforderungen des Endproduktes oder bei der Applikation Einfluss zu nehmen. Bei der Produktion der Druckfarben werden unterstützend Dispergieradditive und Entschäumer eingesetzt, zur Erreichung spezieller Anforderungen und zur Unterstützung der Applikation werden Substratnetzmittel, Entschäumer, Wachse und Gleitmittel eingesetzt.

Herstellung von DruckfarbenBearbeiten

Bei der Herstellung von Druckfarben unterscheidet man grob zwei Fertigungsbereiche:

  • Herstellung der pigmentierten/farbgebenden Komponente: Hier werden die Pigmente durch Mahl-/Reibprozesse auf die zur Erzielung der gewünschten Farbstärke erforderlichen Teilchengröße dispergiert und als disperse Teilchen im Medium (Lösungsmittel und/oder Bindemittel, Additiv) gelöst. Das Produkt wird durch Zugaben von Bindemitteln/Firnis aufgelackt und entweder als Konzentrat oder druckfertig eingestellte Komponente an die Druckerei geliefert.
  • Herstellung der nicht pigmentierten/farbgebenden bindemittelbasierten Produkte: Hier werden die verschiedensten Bindemittel im Lösungsmittel gelöst, bzw. als Dispersionen (bei wässrigen Systemen) kombiniert und mit Additiven versetzt um die für den Druckfarbentyp und die für die finale Applikation gewünschten Eigenschaften zu erzielen. Diese werden als Zwischenprodukte für die weitere interne Verwendung bei der Druckfarbenfertigung als wie auch als Verschnitt-/ Firniskomponente an die Druckerei geliefert.

Prüfung von DruckfarbenBearbeiten

Die meisten Prüfverfahren für Druckfarben messen keine einzelnen physikalischen Größen, sondern sind praxisnahe, anwendungsorientierte Prüfverfahren. Der Druckprozess in einer Druckmaschine ist ein sehr komplexer Vorgang mit vielen variablen Parametern 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 wenige Prüfverfahren sind durch DIN oder ISO zertifiziert.

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

Auftrag der FarbeBearbeiten

Je nach Druckverfahren werden die Druckfarben unterschiedlich auf die Druckform gebracht. Im Flachdruck erfolgt das Einfärben der Druckform mittels Farbauftragswalzen. Damit nur die druckenden Teile auf der Druckplatte die Farbe annehmen, muss die Druckform zuvor von einer Feuchtauftragswalze angefeuchtet werden. Im Hochdruckverfahren erfolgt das Einfärben der Druckform ebenso mittels Farbauftragswalzen, aber ohne eine vorherige Befeuchtung. Im Flexodruck wird für den Farbauftrag eine Rasterwalze mit einem Rakelsystem verwendet. Im Tiefdruck läuft der Druckformzylinder in eine Farbwanne und nimmt die Farbe auf. Anschließend wird von einer Rakel die überschüssige Farbe abgestreift.

DruckveredelungBearbeiten

Die Druckveredelung stellt die Behandlung des Bedruckstoffes nach dem eigentlichen Druck dar. Sie trägt zur besseren Haltbarkeit und zum besseren Aussehen des bedruckten Stoffes bei. Die Druckveredelung wird vor allem dann eingesetzt, wenn eine gewisse Scheuerfestigkeit erreicht werden soll. Um diesen Prozess durchführen zu können, muss die Druckfarbe vollständig getrocknet sein. Des Weiteren ist es wichtig, dass der Bedruckstoff frei von Scheuerschutzpasten, Silikonen und Wachsen ist. Es ist zu beachten, dass auf Grund der nachträglichen Behandlung des Bedruckstoffes Farbtöne verändert werden können.

LackeBearbeiten

Es werden Drucklacke, Mattpasten auf Ölbasis, Dispersionslacke und UV-Lacke unterschieden. Bei der Drucklackierung werden Mattlacke, Mattpasten und Glanzdrucklacke auf den bedruckten Bogen aufgebracht. Dies geschieht genauso wie das Aufbringen der Druckfarbe in der Druckmaschine. Die Lackschicht besitzt keine besonderen Eigenschaften und muss einige Stunden trocknen.

DispersionslackeBearbeiten

Die Dispersionslacke werden in der Druckmaschine über ein Lackwerk auf den Bedruckstoff gebracht. Auf Grund ihres hohen Wasseranteils werden Dispersionslacke auch Wasserlack genannt. Filmbildend ist eine Polymerdispersion aus modifizierten Acrylaten und eine Harzlösung (Firnis). Trocknung durch Verdampfung des Hauptanteils an Wasser. Es gibt weder eine störende Geruchsbildung, noch ein Vergilben. Ein weiterer Bestandteil sind Wachse (Scheuerfestigkeit und Gleitfähigkeit) und Benetzungsmittel. Dispersionslacke werden vor allem im Offsetdruck eingesetzt, um den Bedruckstoff haltbarer zu machen, ihm ein hochwertiges Aussehen zu verleihen und als Schutz.

WirtschaftBearbeiten

Im Jahr 2011 betrug der weltweit mit Druckfarben erzielte Umsatz rund 20 Mrd. US-Dollar. Während der Druckfarben-Verbrauch von klassischen Printmedien zurückgeht, steigt die Nachfrage für Verpackungen.[12] Der Druckfarbenmarkt wächst derzeit um 2–3 % pro Jahr. Von den erzeugten Druckfarben verbrauchen die USA 31 %, Europa 28 % und Japan 25 %.

LiteraturBearbeiten

  • Blana, Hubert: Die Herstellung. München: K.G. Saur Verlag, 1998. ISBN 3-598-20067-6
  • Scheper, Hans Jürgen: Prüfungswissen Drucktechnik. Itzehoe: Verlag Beruf und Schule, 2005. ISBN 3-88013-623-8
  • Ulrich Zorll (Hrsg.): Römpp Lexikon. Lacke und Druckfarben. Thieme, Stuttgart 1998, ISBN 3-13-776001-1

WeblinksBearbeiten

EinzelnachweiseBearbeiten

  1. a b R.H. Leach, R.J. Pierce: The Printing Ink Manual. 5. Auflage. BLUEPRINT, 1993, ISBN 978-0-948905-81-0.
  2. Dr. Bernd Th. Grande: Trocknungsmechanismen bei Druckfarben. Abgerufen am 24. Februar 2017 (PDF).
  3. a b c d e f g Vortrag 4: Vielfalt der Druckfarbe – Aufbau und Anforderungen. Abgerufen am 24. Februar 2017.
  4. Positionspapier Toluol – Fakten und Daten Website des Verbandes der deutschen Lack- und Druckfarbenindustrie e.V. Abgerufen am 10. Februar 2017.
  5. Dr. Bernd Th. Grande: Rheologie für Druckfarben. Abgerufen am 24. Februar 2017 (PDF).
  6. KBA Glossar Druckfarben. Abgerufen am 24. Februar 2017 (PDF).
  7. Verordnung (EG) Nr. 1935/2004 über Materialien und Gegenstände, die dazu bestimmt sind, mit Lebensmitteln in Berührung zu kommen, abgerufen am 24. Februar 2017
  8. Richtlinie 2009/48/EG über die Sicherheit von Spielzeug, abgerufen am 24. Februar 2017
  9. Fogra Forschungsgesellschaft Druck e.v. - Scheuern der Druckfarbe. Abgerufen am 24. Februar 2017.
  10. Willy Herbst, Klaus Hunger: Industrielle Organische Pigmente. Wiley-VCH, ISBN 978-3-527-62496-6.
  11. Ulrich Poth: Synthetische Bindemittel für Beschichtungssysteme. 1. Auflage. Vincentz Network, ISBN 978-3-86630-878-7.
  12. Ceresana: Marktstudie Druckfarben – Welt. Abgerufen am 21. Mai 2013.