Chemie
Chemické složení tiskových barev
Chemie
Obsah

Chemické složení tiskových barev

Tisková barva je dvoufázová disperzní soustava, která je složena ze čtyř základních složek: pigmenty, pojiva, rozpouštědla, aditiva.

Složení tiskových barev

Suroviny pro výrobu tiskových barev lze rozdělit do 4 skupin:

 

Pigmenty a rozpustná barviva

Pigmenty jsou látky, které dodávají tiskovým barvám požadovaný barevný tón (nositelé barevnosti). Jde o látky schopné absorbovat/emitovat světlo. Jsou to nerozpustné složky barvy (částečky) rovnoměrně rozptýlené v pojivu. Velikost pigmentů je řádově několik µm nebo několik desetin µm.

Pigmenty mohou být anorganické (například oxidy kovů) nebo organické (např. azobarviva).

Rozpustná barviva jsou látky, které se zcela rozpustí v rozpouštědle a pojivu, vytvoří roztok. Mají nižší sytost a menší odolnost proti chemickým vlivům. Používají se jako přísady k pigmentům a korigují původní barevný odstín tiskové barvy (krášlidla). 

Zvláštní skupinou pak mohou být barviva přírodní (karotenoidy – v mrkvi, rajčatech, květech rostlin; chlorofyl – v zelených listech; xantofyly – ve žlutých listech nebo také červené krevní barvivo hemoglobin).

V tiskových barvách jsou typickou barevnou složkou pigmenty. Na jejich částicích dochází k absorpci a rozptylu světla. Výsledný efekt je značně ovlivněn velikostí částic pigmentu i povahou potiskovaného materiálu. Hlavními požadovanými vlastnostmi pigmentů jsou obvykle barvivost, barevná stálost a velikost částic.

Na změnu barvy má značný vliv UV záření. Stálost vůči UV záření se požaduje především pro pigmenty UV barev a barev vystavených slunečnímu záření. Velikost částic pigmentů by měla být podstatně menší než je tloušťka suchého barvového filmu, která v závislosti na tiskové technice dosahuje hodnot asi od 1 μm (u ofsetového tisku) do desítek μm (u sítotisku).

Průměrná velikost částic anorganických pigmentů je 0,5-5 μm, organických 0,01-1 μm.

Pigmenty dělíme:

  • podle chemické povahy:

    • anorganické

    • organické

  • podle barevnosti:

    • bílé

    • černé

    • pestré

    • kovové.

ANORGANICKÉ PIGMENTY

Anorganické pigmenty se získávají z přírodních látek. Jejich význam v posledních letech klesl a v současnosti jsou nahrazovány nejedovatými organickými pigmenty. Svůj význam si udržely pouze bílé a černé pigmenty, ostatní se používají jen omezeně.

Bílé pigmenty

Bílé pigmenty jsou základní složkou bílé barvy. Jednotlivé pigmenty se liší ve svých vlastnostech a také v ceně. Navíc je lze použít ke snížení sytosti barvy a na úpravu tiskových vlastností. Lze rozlišit krycí nebo transparentní bílé barvy – u krycích potiskovaný materiál získává barvu krycí běloby, transparentní naopak vytváří průhlednou vrstvu. Mezi nejpoužívanější bílé pigmenty patří:

Titanová běloba (TiO2 - oxid titaničitý)

Obr. 1: Titanová běloba

První z bělob je jedním z nejlepších krycích pigmentů s typickým čistým bílým tónem. Titanová běloba má vysokou krycí schopnost a je odolná vůči působení kyselin a vysoké teplotě. Používá se do nátěrových hmot, smaltů, v kosmetice, farmacii i potravinářství.
Je nenahraditelná v chemicky odolných nátěrech. Nevýhodou může být vysoká cena.

Zinková běloba (ZnO - oxid zinečnatý)

  

Obr. 2: Zinková běloba

Zinková běloba je další významný bílý pigment, který však nedosahuje tak vysokých kvalit jako běloba titanová. Zinková běloba má nižší krycí schopnosti, je méně odolná vůči vysokým teplotám. Její vrstvy jsou tvrdé a málo pružné. Používá se do venkovních nátěrových barev, protože je na světle stálejší než většina jiných bělob.

Olovnatá běloba (PbCO3·2Pb(OH)2 - směs uhličitanu a hydroxidu olovnatého)

Tento pigment se využíval již ve 4. stol. př. n. l. Vzhledem k jeho toxicitě (nebezpečí otrav) se používá hlavně na venkovní nátěry, které dokáží odolat nepříznivým povětrnostním podmínkám. Dále je používána pro nátěry mořských lodí, a to díky antikorozním vlastnostem.

Barytová běloba (BaSO4 - síran barnatý) neboli BLANC FIXE

  

Obr. 3: Barytová běloba

Jde o na světle velmi stálý bílý pigment, který je odolný vůči působení kyseliny a zásad. Díky své chemické odolnosti je vhodnou příměsí do jiných pigmentů. Není jedovatá.

Hydroxid hlinitý (Al(OH)3)

  

Obr. 4: Hydroxid hlinitý

Hydroxid hlinitý je transparentní bílý pigment, který při tisku vytváří průhlednou vrstvu (opačně od ostatních). Lze jej použít pro všechny typy tisku.

Mezi bílé pigmenty lze také zařadit uhličitan vápenatý (CaCO3), uhličitan hořečnatý (MgCO3), kaolinit či sádru.

Černé pigmenty

Černé pigmenty jsou v polygrafickém průmyslu nezbytné. Mezi černé pigmenty patří:

Saze (kopt)

Saze jsou základním pigmentem pro výrobu černých barev, přestože mají nahnědlý tón. Saze jsou ve skutečnosti amorfní uhlík, který vzniká nedokonalým spalováním látek obsahujících uhlík (zemní plyn, methan, …). Saze mají výborné tiskové vlastnosti – jsou stálé na světle i teple, jsou odolné vůči působení kyselin a zásad. Pro zvýraznění barvy se přidávají například modré pigmenty (krášlidla).

 

 

 

Obr.5: Saze

Manganová čerň  (MnO2 – oxid manganičitý) - burel - patří také mezi černé pigmenty.

Pestré pigmenty

Mezi pestré pigmenty řadíme barevné pigmenty – červené, žluté nebo například modré. Používají se pouze v omezeném množství,
a to z důvodu obsahu těžkých kovů, které jsou nebezpečné pro životní prostředí.

Žluté pigmenty:

Chromová žluť – žlutý/žlutooranžový pigment s dobrou krycí schopností (PbCrO4 s příměsí PbSO4). Všechny sloučeniny obsahující šestimocný chrom mohou mít karcinogenní účinky!!

Kadmiová žluť – CdS

 

Obr. 6: Kadmiová žluť

Barytová žluť (BaCrO4)

Uranové žlutě – jako pigmenty (Na2U2O7) byly sloučeniny uranu ve větším množství průmyslově vyráběny od roku 1852 v Jáchymově. Šlo o škálu odstínů žlutých, oranžových i červených odstínů, které se využívaly pro barvení skla a v keramických glazurách. Dnes je jejich použití omezeno. Pod UV zářením fosforeskují.

 

Červené pigmenty:

 

 

 

Obr. 7: Oxid železitý

Červené okry (Fe2O3 - oxid železitý) – přírodní hydratované a nehydratované oxidy trojmocného železa se používaly jako pigmenty již ve starší době kamenné. Zajímavé je, že odstín pigmentu závisí na stupni hydratace daného oxidu – bezvodý oxid je tmavě hnědočervený a zcela hydratovaný oxid pak žlutý. Jde o velmi stálé pigmenty s vysokou krycí schopností. Jsou netoxické. Užití pigmentů na bázi železa je široké – uplatnění našly například ve stavebnictví (barvy pro stavební materiály – omítky, cihlářské výrobky), jako nátěry kovů, příměsi do plastů, glazur, kosmetiky a jiných.

 

 

 

 

Obr. 8: Oxid olovnato-olovičitý

Minium  (Pb3O4 – oxid olovnato-olovičitý), jiným názvem také suřík, byl používán již před naším letopočtem. Vyniká výbornou adhezí ke kovům, proto je využíván na nátěry střech nebo jako základní nátěr na ocel.

 

Modré pigmenty:

Ultramarín  (NaAl (SO3)2)

Azurit  (Cu3(CO3)2(OH)2)

Měďnaté modře - pigmenty na bázi mědi (různé směsi hydroxidů, uhličitanů a organických sloučenin mědi).

Kobaltová modř (CoO · Al2O3 ) - pigment s malou krycí schopností, používá se do keramických glazur.

Manganová modř (BaMnO4 · BaSO4) -  stálý pigment odolný vůči vysokým teplotám.

Pařížská modř (K4[Fe(CN)6] - hexakyanoželeznatan draselný) - známá umělecká modř.

 

Zelené pigmenty:

 

 

 

 

Obr. 9: Chromová zeleň

Chromová zeleň (Cr2O3 - oxid chromitý)

 

Kovové pigmenty:

Kovové pigmenty se používají k imitaci odstínů drahých kovů – stříbrných a zlatých.

Zlaté pigmenty – v těchto pigmentech je obsažena mosaz – slitina mědi a zinku (podle obsahu Cu jsou pak zlaté pigmenty světle žluté až načervenalé).

Stříbrné pigmenty – jsou tvořeny čistým hliníkem (jemný hliníkový prášek).

ORGANICKÉ PIGMENTY

Jako koloranty pro tiskové barvy se uplatňují také organické pigmenty. Organické pigmenty jsou chemické sloučeniny odvozené od aromatických uhlovodíků (benzen, naftalen, anthracen), ale mohou to být také sloučeniny kovů (Cu, Cr, Co, apod.).

Chemická struktura organických pigmentů obsahuje skupiny atomů schopné selektivně absorbovat světlo - tzv. CHROMOFORY a dále skupiny zvané AUXOCHROMY, které žádanou barvu zesilují.

K typickým chromoforům organických pigmentů patří nenasycené skupiny jako:

  • azoskupina -N=N-
  • karbonylová skupina C=O

Jako auxochrom v organických pigmentech působí:

  • hydroxylová skupina - OH
  • aminoskupina - NH2
  • sulfoskupina - SO3H
  • halogeny - Cl, - Br …
  • nitroskupina - NO2

 

SYNTETICKÁ ORGANICKÁ BARVIVA

Syntetická barviva jsou uměle (synteticky) vyráběná organická barviva (pigmenty).

Azobarviva

Azobarviva jsou po chemické stránce azosloučeniny – tedy deriváty uhlovodíků, které obsahují charakteristickou funkční skupinu:

– N = N –

azoskupina

Azobarviva jsou nejpočetnější a nejdůležitější skupinou organických barviv, zahrnující všechny odstíny od žluté až do černé. Azobarvivy je možno barvit téměř všechny druhy přírodních, chemických a syntetických vláken, plastů, usní, papíru, výrobků z pryže. Nevýhodou může být jejich jedovatost, takže jsou nepoužitelné pro dobarvování potravin.

Příklady azobarviv:

Obr. 10: Methylčerveň

 

 

 

 

Obr. 11: Methyloranž Oranž II

 

Obr. 12: Kongo červeň

Příprava azobarviv: Výchozí surovinou pro přípravu azobarviv bývá anilin. Ten se nejprve diazotací (reakcí s kyselinou dusitou) převede na odpovídající diazoniovou sůl, ze které se pak připraví příslušná azosloučenina.

Chinonová barviva

Barviva fialová, zelená i světle žlutá.

Arylmethanová barviva

Malachitová zeleň

Fenolftalein. Fenolftalein patří mezi tzv. acidobazické indikátory. Tato látka je různě zbarvena v prostředí o různém pH. V alkalickém prostředí je fenolftalein zbarven jasně červenofialově, v kyselém a neutrálním prostředí je bezbarvý.

Obr. 13: Fenolftalein

Indolová barviva

Do této skupiny patří známé barvivo Indigo (modré barvivo). Jsou odvozené od heterocyklické sloučeniny indolu.

Obr.14: Indigo

Obr.15: Indol

Ftalocyaninová barviva

Přírodní velmi stálé pigmenty zahrnující širokou škálu barev – od modré, až po zelenou. Používají se pro hlubotisk, ofset a flexotisk. Zajímavostí může být, že ve své struktuře nesou kov (Cu, Ni, Co).

Obr.16: Ftalocyanin mědi

Chinakridonová barviva

Červené a červenofialové barviva. Slouží k barvení tkanin a umělých materiálů.

Další organická barviva:

Fanálová barviva, Azinová barviva, Oxazinová barviva, Thioazinová barviva, Sirná barviva

Pro příklad uvádíme pigmenty používané pro čtyřbarvotisk (CMYK model):

  • pro azurovou (Cyan) – ftalocianinové pigmenty

  • pro purpurovou (Magenta) – chinakridonová červeň

  • pro žlutou (Yellow) – diarylová žluť

  • pro černou (Key) – saze + krášlidla.

 

Filmotvorné látky – POJIVA

Pojiva neboli filmotvorné látky jsou důležitou součástí tiskových barev. Pojivo váže dispergované (rozptýlené) částice – pigmenty a plniva, zajišťuje stabilitu celého systému, umožňuje přenos barvy v procesu tisku a nakonec vytváří spojitou fázi nánosu barvy (pružný film), které pevně ulpívá na potiskovém materiálu. Základem pojiv jsou filmotvorné látky, schopné při vhodném způsobu aplikace vytvářet kompaktní hladké povlaky požadovaných vlastností (pružnost, přilnavost, tvrdost atd.). Součástí pojiva mohou být

i další rozpuštěné netěkavé látky (např. změkčovadla).

Filmotvorné látky dělíme na:

Vysychavé oleje

Vysychavé oleje jsou oleje přírodního původu, chemicky definované jako estery glycerolu s nenasycenými vyššími mastnými kyselinami. Oleje lze získat lisováním a extrakcí olejů z plodů či semen rostlin, přičemž nejvýznamnějším zástupcem vysychavých olejů je olej lněný. Oleje se dále zahušťují za vzniku fermeží (polyesterů), které se využívají také jako filmotvorné látky. Vysychavé oleje se používají při výrobě ofsetových a knihtiskových barev.

Přírodní pryskyřice

Další filmotvorné látky – pryskyřice – získáváme zpracováním rostlinných a živočišných silic. Nejčastěji se používá kalafuna (destilační zbytek pryskyřic borovice) – hlavní složkou je zde kyselina abietová. Mezi pryskyřice dále patří: damarová pryskyřice, jantar, dříve se používal také šelak.

Syntetické pryskyřice

Uměle vyrobené pryskyřice nahrazují obtížně dostupné přírodní pryskyřice. Jde o estery celulózy, deriváty kaučuku, epoxidové pryskyřice a jiné. Syntetické pryskyřice se proti přírodním vyznačují lepšími vlastnostmi.

Asfalty a smoly

Asfalty a smoly jsou produkty ropné destilace, které se přidávají do barev tmavých tónů.

 

Rozpouštědla

Rozpouštědla přidávaná do tiskových barev jsou zpravidla organické kapaliny, ve kterých se dobře rozpouští pojivo ale i další složky barvy. Společně pak vytvářejí stabilní systém s určitými vlastnostmi. Výběr rozpouštědla pro tiskové barvy je ovlivněn toxikologickými, hygienickými a ekologickými aspekty, přičemž důraz je kladen také na vhodný výběr rozpouštědla pro jednotlivé tiskové formy. Procento zastoupení rozpouštědla v tiskových barvách je v rozsahu od 20-65 %.

Pomocí rozpouštědel (ředidel) lze tedy upravit tekutost barvy, potažmo její viskozitu a také rychlost jejího schnutí. Ředidlo vždy vybíráme podle jeho rozpouštěcí schopnosti pro použité pojivo i pro další složky tiskové barvy. V praxi se často využívá kombinace několika rozpouštědel.
Rozpouštědla se z tiskové barvy uvolňují dvěma možnými způsoby: vsáknutím či těkáním (odpařením).

Rozpouštědla dělíme na:

  • anorganická

  • organická.

Nejvýznamnějším anorganickým rozpouštědlem je voda. Je také nejvhodnějším rozpouštědlem z hlediska bezpečnosti a zdravotní nezávadnosti. Voda má však omezené rozpouštěcí schopnosti. Používá se v případech, kdy se tisková barva připravuje na bázi disperzí polymerů (vodou ředitelné barvy).

Mezi organická rozpouštědla patří:

  • alifatické uhlovodíky – alkany, cykloalkany, benzíny, petroleje

  • aromatické uhlovodíky – benzen, toluen, xylen

  • alkoholy – ethanol, izopropylalkohol

  • aldehydy a ketony – aceton

  • estery a étery – ethylacetát.

Organická rozpouštědla jsou hořlavé a výbušné látky s výrazným zápachem. Jde o látky těkavé, které mohou ohrozit zdraví člověka.

Příklady organických rozpouštědel:                                                                                                   

Obr. 17: Aceton                                                                        

  

Obr. 18: Ethanol

Obr. 19: Toluen

Ostatní látky – ADITIVA

Aditiva jsou látky, které významně ovlivňují určité vlastnosti barev, ačkoliv jejich obsah je zpravidla nízký (desetiny až jednotky procenta). Pomocí aditiv lze ovlivnit viskozitu, tažnost, lepivost nebo rychlost schnutí tiskové barvy.

Mezi aditiva patří:

  • vosky (odolnost proti otěru, kluznost)

  • sušidla = sikativa (zasychání)

  • povrchově aktivní látky = tenzidy (smáčedla)

  • přípravky snižující lepivost (vosky, parafín)

  • zvláčňovadla (vláčnost a pružnost, zvýšení lesku).

Dále látky proti prášení, odpěňovače, biocidy či deodoranty.

Zdroje

  • KAPLANOVÁ, Marie. Moderní polygrafie. Praha: Svaz polygrafických podnikatelů, 2010, 391 s. ISBN 978-80-254-4230-2.

  • LEDERLEITNER, Milan, Jozef HAMAR a Vladimír THOMKA. Polygrafické materiály pro 1.-3. ročník SOU. 1. vyd. Překlad Zdeněk Niepel. Praha: SPN, 1990, 93 s. Učebnice pro stř. školy. ISBN 80-042-4132-8.

  • PŘIKRYLOVÁ, Eva. Tiskové barvy (DUMY). Dostupné v archivu autora. Materiál vznikl v rámci projektu Kvalitní a efektivní vzdělávání pro žáky (DUMY)/ VY_32_INOVACE_02 (číslo projektu: CZ.1.07/1.5.00/34.0772) 

  • Pigmenty a barviva. [online]. [cit. 2014-07-01]. Dostupné z: http://geologie.vsb.cz/loziska/suroviny/pigmenty_barviva.html#ZELENÁ

  • Wikipedie. Otevřená encyklopedie. [online]. [cit. 2014-07-01]. Dostupné z: https://cs.wikipedia.org/wiki

Obrázky:

Testy1
Tiskové barvy
Otázek: 10
ELUC · Elektronická učebnice