Микросферы Expancel в водорастворимых печатных красках

Печатные краски с содержанием расширяющихся полимерных микросфер EXPANCEL разработаны таким образом, чтобы можно было создавать трехмерные отпечатки на тканях, обоях, бумаге, и т.д. Также их можно использовать для создания бархатной поверхности, или других эффектов поверхности. Трехмерный эффект достигается при помощи нагревания отпечатка до температуры, при которой микросферы начинаются расширяться и заставляют связующее вещество создавать поперечную связь.

Большинство серийно выпускаемых полимерных вяжущих веществ для печатных красок также подходят для использования с расширяемыми печатными красками.

СОСТАВ

Основные рецептуры, известные многим печатниками и производителям красок могут быть немного изменены путем добавления микросфер для получения объемных отпечатков на различных подложках. Базовая рецептура может быть следующей:

частей на сотню EXPANCEL (сухой вес) 0-20 Связующее вещество 40-60 Загуститель 2-35

Руководствуйтесь тем, что количество сухого связующего вещества должно быть как минимум в 3 раза больше, чем количество сухих микросфер для достижения хорошей устойчивости к истиранию. Однако на показатели устойчивости к истиранию влияют механические свойства использованного связующего вещества, а также свойства к расширению использованного сорта EXPANCEL.

СМЕШИВАЮЩЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Особого оборудования для смешивания не требуется. Однако лабораторные испытания показали, что использование гомогенизатора, например смесителя Silverson, позволяет добиться оптимальных результатов.

ПИГМЕНТИРОВАНИЕ

Отпечатки с помощью красок без добавления пигментов имеют белый полупрозрачный вид.

Полностью непрозрачные белые отпечатки можно получить при помощи добавления титановых белил 10% от общей массы.

Для печати в цвете добавляется 8% микро-пигментной дисперсии с неионными цветами.

ТКАНИ

Краска для печати на ткани должна обеспечивать хорошую эластичность, стойкость к стирке и истиранию отпечатков.

КОМПОНЕНТЫ ПЕЧАТНОЙ КРАСКИСвязывающее вещество

Связывающее вещество должно обладать высокой эластичностью, хорошо удерживаться на ткани и обладать хорошей стойкостью к растяжению в мокром состоянии. Это подразумевает, что при выборе типа связующего материала следует соблюдать осторожность, в зависимости от предполагаемого применения. Поэтому рекомендуем обратиться за консультацией к изготовителю или поставщику связующих материалов.

Пример подходящего связующего материала — это Primal/Rhoplex НА-8. Если поперечная связь в связующем материале слишком велика, это может привезти к потере свойств к расширению.

Микросферы

Имеются различные сорта EXPANCEL для выбора в зависимости от условий нагревания, т.е. используемых значений температуры и времени воздействия. Ниже приведено

несколько примеров сортов, которые могут использоваться для печати на тканях.

642 WU 40 - Общего назначения053 WU 40 - Без хлора006 WUF 40 - Без хлора, хорошее расширение при низкой температуре, нейтральный, белый.007 WUF 40 - Без хлора, хорошее расширение при немного более высокой температуре, нейтральный, белый

Количество микросфер должно составлять 10-17% (сухой вес) от общей массы рецептуры. Чем больше микросфер, тем выше отпечаток.

EXPANCEL 006 WUF 40 и 007 WUF 40 — это микросферы особого сорта, используемые при составлении рецептур, проблемой которых является реологическая устойчивость. По сравнению с другими сортами EXPANCEL дозировка может быть снижена на 30-50%.

Загуститель

Загуститель должен обладать маслянистыми реологическими свойствами. Подходящим загустителем может быть Printofix Thickener DA Liquid.

Вспомогательные химические вещества РЕЦЕПТУРА ДЛЯ ТКАНИ Primal НА-8 603,3 EXPANCEL 551 WU 40 (65 %) 154-261,5 Глицерин 40 Foamaster ENA-515 (50 %) 5 H2O 174,9-67,4 NH3(25 %) ~3.5 Printofix Thickener DA Liquid 19.3

Глицерин является гигроскопическим реагентом и добавляется для предотвращения появления пленки и загрязнения трафаретов. Foamaster ENA-515 добавляется в качестве противовспенивающей добавки. Добавляется вода для компенсации содержания твердых частиц EXPANCEL.

В следующей рецептуре количество связывающего вещества (в качестве твердой составляющей) составляет 26% массы. Если увеличить данное соотношение, то возможно будет достигнуто увеличение устойчивости и высоты поднятия, но в то же самое время, краска сохнет быстрее, что может привести к загрязнению экрана. При хранении вязкость печатных красок увеличивается.

МЕТОДИКА

Все компоненты, кроме загустителя и аммиака, смешиваются с помощью гомогенизатора для получения однородной смести. Аммиак добавляется для достижения в смеси уровня кислотности pH ~8,5.

В процессе перемешивания в смесь добавляется загуститель. Продолжайте перемешивание до завершения процесса загустевания и образования однородной смеси.

ПЕЧАТЬ

Трафаретный и глубокий виды печати являются подходящими технологиями применения для расширяющихся печатных красок. Трехмерные эффекты становятся наиболее видимыми при тяжелом слое.

ЗАКРЕПЛЕНИЕ

Во время закрепления происходят следующие процессы:

Сушка отпечаткаРасширение микросферОбразование поперечных связей/созревание связывающего вещества

Закрепление происходит в непосредственной связи с печатью при температуре 120-160°С, в зависимости от сорта микросфер, подложки, типа связывающего вещества, степени отложения и используемой камеры для термофиксации.

Время закрепления составляет 1-3 минуты, но его можно увеличить, если в течение данного времени полное высыхание/термофиксация не будет достигнуто. Оптимальные условия сушки/ термофиксации могут быть испытаны типографом.

В случае многоцветной печати печатный материал сушится с перерывами при комнатной температуре или при температуре максимум 85°С.

В случае перегрева и/или слишком продолжительного времени нагревания микросферы могут сомкнуться и обесцветиться. Возможно использование инфракрасной сушилки вместо или вместе с печью для термообработки. В таком случае требуется меньшая температура и/или меньшее время нагревания.

ОБОИ

В лаборатории Expancel были разработаны формулы для печати на обоях.

КОМПОНЕНТЫ ПЕЧАТНЫХ КРАСОКСвязующее вещество

Важными свойствами связывающего вещества являются сцепление и устойчивость к истиранию. Твердое связующее вещество может обеспечить желаемое сопротивление истиранию, в то время как очень мягкое (и клейкое) связующее вещество может повысить сцепление.

Подходящим твердым веществом может быть Primal/Rhoplex НА-16 или его эквиваленты. Подходящим твердым веществом может быть Mowilith DM 105 или эквиваленты.

Микросферы

Существует несколько сортов EXPANCEL, которые подходят для использования с обоями. Некоторые из наиболее широко используемых перечислены ниже.

642 WU 40 - Общего назначения551 WU 20, 40, 80 - Общего назначения, немного более высокая температура, различные размеры частиц053 WU 40 - Без хлора006 WUF 40 - Без хлора, хорошее расширение при низкой температуре, нейтральный, белый007 WUF 40 - Без хлора, хорошее расширение при немного более высокой температуре, нейтральный, белый091 WUF 40 - Без хлора, нейтральный, очень высокая температура

Количество микросфер должно быть 1-15% (сухой вес) от общей массы рецептуры. Чем больше микросфер, тем выше отпечаток.

EXPANCEL 006 WUF 40 и 007 WUF 40 — это микросферы особого сорта, используемые при составлении рецептур, проблемой которых является реологическая устойчивость. По сравнению с другими сортами EXPANCEL дозировка может быть снижена на 30-50%.

Загуститель

Загуститель должен придавать краскам псевдопластические реологические свойства. Это позволит добиться низкой вязкости при высоких скоростях разбивания и возможности печати на высоких скоростях. Аналогично, значение вязкости будет высоким при низких скоростях разбивания, предотвращая растекание краски после печати.

Также возможно использование соответствующего загустителя Acrysol RM-8, Alcoprint PT-XN, если необходимы более выраженные псевдопластические свойства.

Гигроскопический реагент

Для предотвращения появления пленки на поверхности или загрязнения трафаретов может быть использован глицерин или пропиленгликоль.

Противовспениваюшая добавка

Противовспенивающая добавка предотвращает появление пены во время смешивания. Подходящей противовспенивающей добавкой является Foamaster ENA-515 или эквиваленты.

Вода

Вода добавляется для компенсации содержания твердых частиц в EXPANCEL.

ПОДГОТОВКА ПЕЧАТНЫХ КРАСОК

Смешиваются микросферы, связывающее вещество, гигроскопический агент и противовспенивающий агент. С помощью высокоскоростного смесителя (гомогенизатора) микросферы полностью распределяются в растворе. Однако следует соблюдать осторожность и не допускать слишком длительного смешивания, так как вырабатываемое тепло при высокой скорости разбивания может вызвать предварительное расширение микросфер.

Загуститель добавляется в процессе размешивания. Продолжайте помешивание до образования однородной смеси.

Вода добавляется в последнюю очередь или при предварительном смешивании микросфер, загустителей, гигроскопического реагента и противовспенивающей добавки.

Если красители добавляются в виде порошка, то добавлять их следует тщательно размешанными в, например, связывающем веществе, перед добавлением микросфер, так как обычно красители размешиваются сложнее чем микросферы.

Для хорошего распределения красителя может потребоваться диспергирующая добавка. Если краситель добавляется в виде дисперсии, то его добавлять можно в любой момент.

ВЯЗКОСТЬ

Печатные краски характеризуются псевдопластическим течением, т.е. их вязкость снижается с повышением скорости разбивания. Для получения числовых данных смотрите стр. 8-9. Вязкость регулируется с помощью добавления большего или меньшего количества загустителя при составлении рецептуры.

СРОК ГОДНОСТИ

При хранении вышеприведенной рецептуры в плотно закрытых контейнерах срок ее хранения составляет примерно четыре месяца. Конечно, возможно внесение консервирующего вещества для предотвращения роста бактерий и грибков. Лабораторные испытания показали хорошие результаты при добавлении 0.1-0.2% Acticide SPX.

ПЕЧАТЬ ТРАФАРЕТОВ

Трехмерные эффекты получаются наиболее видимыми при нанесении тяжелого слоя, что может быть достигнуто с помощью использования грубого трафарета, сетки 60-85 (24-34 нитей на см).

Тонкие шаблоны и четкие контуры достигаются за счет использования более тонких трафаретов, т.е. сетки 100-125 (40-50 нитей/см) которая позволяет добиться меньших отложений.

Для предотвращения засорения трафарета рекомендуется фильтровать печатные краски перед нанесением.

СУШКА

Предпочтительно, чтобы сушка, расширение и термофиксация выполнялись непосредственно после печати, в течение 0,5-2 минут.

При многоцветной печати запечатанный материал сушится с перерывами при 20-85° С.

Если отпечатки высушить до расширения, они получаются с более гладкой поверхностью. Если позволить отпечаткам увеличиться без сушки, то они получаются с более грубой поверхностью. Данное свойство описано с приведением фотографий, полученных с помощью растрового электронного микроскопа.

РАСШИРЕНИЕ И ТЕРМОФИКСАЦИЯ

Кроме используемого сорта микросфер подходящее значение температуры расширения и термофиксации зависит от веса подложки и отложения, и может быть установлено в 120-180°С.

Отпечатки, которые были использованы для изготовления окон расширения, приведенных на страницах 8-10, сушились при комнатной температуре в течение 1-4 часов перед их расширением. Данные окна со значениями расширений могут оказать помощь при нахождении подходящего значения времени и температуры расширения.

Возможно использование инфракрасной сушилки вместо или вместе с печью для термообработки. В таком случае требуется меньшая температура и/или меньшее время нагревания.

В случае перегрева и/или слишком продолжительного времени нагревания микросферы могут сомкнуться и обесцветиться.

Рекомендованные условия сушки/ термофиксации могут быть отрегулированы типографом в зависимости от подложки, уровня отложений и используемой печи для термообработки.

ИЗМЕНЕНИЕ ПОВЕРХНОСТИ

При использовании микросфер с различным размером частиц можно изменять внешний вид и рельеф запечатанной поверхности. На приведенных ниже фотографиях, сделанных с помощью растрового электронного микроскопа, показаны расширившиеся отпечатки, сделанные краской с содержанием EXPANCEL с различным размером частиц.

EXPANCEL 551 WU 20 EXPANCEL 551 WU 40 EXPANCEL 551 WU 80

Если необходимо получить только матовую поверхность отпечатка, то содержание EXPANCEL должно составлять около 0,5-1% (рассчитано на твердых поверхностях).

Изменение фактуры поверхности сушкой до расширения

Поверхность отпечатка, которая нагревается и расширяется непосредственно после печати, может стать в некотором роде грубой из-за испарения воды. С другой стороны, если высушить отпечаток при температуре, слишком низкой для начала расширения, то поверхность расширившегося отпечатка будет более гладкой. Показанные на фотографиях ниже отпечатки сделаны с использованием печатной краски с 10% EXPANCEL 642 WU 40 в соответствии с формулой на странице 9.

Отпечатки высушены до расширения РЭМ 20х
Отпечатки не высушены до расширения РЭМ 20х

ПОСТАВЩИКИ ХИМИЧЕСКИХ ПРОДУКТОВ

Химический продукт Реагент Поставщик Primal/Rhoplex НА-8 Связующее вещество для акриловой эмульсии Rohm and Haas Primal/Rhoplex НА-16 Связующее вещество для эмульсии метилметакрилата/этилакрилата Rohm and Haas Mowilith DM105 Связующее вещество для дисперсии сополимера винилацетата/этилена Clariant Printofix Thickener DA Liquid Синтетический загуститель на основе полиакрилата аммония Clariant Alcoprint PT-XN Дисперсия акрилового полимера Ciba Speciality Chemicals Acrysol RM-8 Загуститель из полиуретана Rohm and Haas Foamaster ENA-515 Противовспенивающая добавка на основе минерального масла Cognis Acticide SPX Консервирующая добавка Thor Chemicals КОММЕНТАРИИ

Приведенная в данной брошюре информация является результатом наших исследований и опыта. Она приводится с наилучшими намерениями, но ни в коем случае в ней не дается какая-либо гарантия с нашей стороны, а также данная информация не обязывает нас нести ответственность, особенно в случае судебного преследования третьей стороной.

Расчет рецептуры для обоев с EXPANCEL 053 WU 40, микросферы без содержания хлора, с использованием Mowilith DM 105 и Primal НА-16 в качества связующего средства и Acrysol RM-8 в качестве загустителя.

Химическое вещество Твердых веществ, [%] Количество, [г] Mowilith DM 105 55,0 367,3 Primal НА 16 45,5 302,8 EXPANCEL 053 WU 40 72,2 138,5 Глицерин 100,0 49,6 Foamaster ENA-515 50,0 7,9 Acrysol RM-8 35,0 33,1 Вода 0,0 100,8 Всего 50,0 1000,0 Часть слаболетучих в качестве связующих веществ: 67,96 % Часть слаболетучих в качестве микросфер: 20,00 % Связующее вещество/микросферы (твердое вещество/твердое вещество): 3,40 Вязкость
Brookfield RVT #7
[Pas] Только что смешанное 10 об/мин 31
50 об/мин 13 Через 2 месяца 10 об/мин 36
50 об/мин 14

Расчет рецептуры для обоев с EXPANCEL 642 WU 40 с использованием Mowilith DM 105 и Primal НА-16 в качества связующего средства и Acrysol RM-8 в качестве загустителя

Химическое вещество Твердых веществ, [%] Количество, [г] Mowilith DM 105 55,0 367,3 Primal НА 16 45,50 302,8 EXPANCEL 642 WU 40 67,50 148,1 Глицерин 100,0 49,6 Foamaster ENA-515 50,0 7,9 Acrysol RM-8 35,0 33,1 Вода 0,00 91,2 Всего 49,9 1000,0 Часть слаболетучих в качестве связующих веществ: 67,97 % Часть слаболетучих в качестве микросфер: 20,00 % Связующее вещество/микросферы (твердое вещество/твердое вещество): 3,40 Вязкость
Brookfield RVT #7
[Pas] Только что смешанное 10 об/мин 35
50 об/мин 14 Через 2 месяца 10 об/мин 46
50 об/мин 16

Расчет рецептуры для обоев с EXPANCEL 007 WUF 40 с использованием Mowilith DM 105 и Primal НА-16 в качества связующего средства и Acrysol RM-8 в качестве загустителя

Химическое вещество Твердых веществ, [%] Количество, [г] Mowilith DM 105 55,0 405,0 Primal НА 16 45,5 333,2 EXPANCEL 007 WUF 40 75,0 80,0 Глицерин 100,0 50,0 Foamaster ENA-515 50,0 8,0 Acrysol RM-8 35,0 33,3 Вода 0,0 90,5 Всего 50,0 1000,0 Часть слаболетучих в качестве связующих веществ: 74,87 % Часть слаболетучих в качестве микросфер: 12,00 % Связующее вещество/микросферы (твердое вещество/твердое вещество): 6,24