Siegwerk, Metallicfarben

 

1     UV-Metallicfarben haben gewisse Besonderheiten

Das Drucken mit UV-Metallicfarben ist anspruchsvoller als der Gebrauch von lösemittelbasierten bzw. wasserbasierten Metallicfarben und führt deshalb manchmal zu einem unbefriedigenden Druckergebnis – es sei denn man kennt die vorhandenen Risiken. Zwar bestehen auch UV-Metallicfarben aus einer Dispersion von Messing- bzw. Aluminiumteilchen in einem flüssigen Medium, und auf den ersten Blick ist nicht zu erkennen, weshalb UV-Metallicfarben schwieriger zu verdrucken sein sollten. Aber es gibt einige wichtige Unterschiede, die das Verdrucken von UV-Metallicfarben erschweren. Vier wichtige Unterschiede  sind:

  • Kaum Schrumpf während der Farbtrocknung;
  • Chemisch reaktive  Bindemittelmatrix;
  • Höhere Farbviskosität als bei Lösemittelfarben;
  • Konkurrenz zwischen Reflexion (Glanz) und Trocknung.
Siegwerk, UV-Metallicfarben
Abbildung 1: Veranschaulichung der Anteile von Kupfer, Zink und Aluminium an den Pantone Metallicfarbtönen PMS 871 bis 877.

Welche Auswirkungen diese Besonderheiten der UV-Metallicfarben haben können, wird in Kapitel 4 näher umschrieben.

2     Herstellung der Metallic-Pigmente

Das Ausgangsmaterial für Silber ist Aluminium in einer Reinheit von mindestens 99,5%; das Ausgangsmaterial für Goldfarbtöne ist Messing (= Kupfer-Zink-Legierung). Für den Farbton Kupfer ist das Ausgangsmaterial reines Kupfer. Durch unterschiedliche Legierungsanteile Kupfer/Zink werden die Standardfarbtöne Reichgold (70/30), Reichbleichgold (85/15) und Bleichgold (90/10) erzielt.

Bei der Grießherstellung wird die heiße Metallschmelze in einem Sprühverfahren durch Druckluft bzw. Stickstoff zu kleinen erstarrten Kügelchen verdüst. Mittels Sieben und Sichten wird der Grieß entsprechend den jeweiligen Anforderungen des Endprodukts klassiert. Bei Aluminiumpigmenten wird der Grieß in Kugelmühlen mit wachsartigen Schmiermitteln so lange in einem inerten Lösemittel gemahlen, bis aus den Kügelchen mehr oder weniger ausgeprägte plättchenförmige Pigmente entstanden sind. Bei Goldbronzepigmenten kann der Vermahlungsschritt trocken – also ohne Lösemittelzugabe – erfolgen. Die so geformten Pigmente nennt man Flakes. Speziell aus feinem, kugelförmigem Aluminiumgrieß annähernd rund geformte Pigmente werden Silberdollars genannt. Sie weisen bei vergleichbarer Teilchengröße einen höheren, helleren Glanz auf. Das Schmiermittel/Additiv umhüllt dabei das Pigment homogen und schützt es vor Oxydation und anderen chemischen Einflüssen.

Siegwerk, UV-Metallicfarben
Abbildung 2: Metallpigmente vor und nach der Mahlung. (Bilder: Eckart)

Bei der Herstellung von Alu-Pigmenten kennt man noch ein anderes, deutlich aufwändigeres Verfahren, das VMP-Verfahren (vacuum metallized pigments). Dabei wird Aluminium unter Vakuum auf eine Kunststofffolie aufgedampft und danach wieder abgelöst. Die so entstehenden Pigment-Teilchen sind im Vergleich zu den gemahlenen Flakes viel dünner und besitzen eine höchst glatte Oberfläche. Silberfarben mit VMP-Pigmenten zeigen einen sehr viel höheren Glanz bis hin zu einer prägefolien- ähnlichen bzw. metallisierten Oberfläche.

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Abbildung 3: Pigmentorientierung und Deckung: Rechts das VMP-Pigment, das in der Metallicfarbe zu einer homogenen Oberfläche führt und sich in einer gleichmäßigen Reflexion des einfallenden Lichts äußert, d.h. in schönerem Glanz als das konventionelle Pigment (links). (Bilder: Eckart)

3     Eine Metallicfarbe soll glänzen

Möglichst hohe Brillanz ist der Zweck jeder Metallicfarbe – ganz unabhängig von der Farbtechnologie und vom Druckverfahren. Der Glanz von UV-Metallicfarben ist von verschiedenen Faktoren abhängig:

  • Pigmentform, Pigmentgröße und Ausrichtung der Pigmente;
  • Aufschwimmverhalten der Pigmente;
  • Viskosität und Druckgeschwindigkeit;
  • Farbauftrag und Auftragsart;
  • Schrumpf der Farbe.

Um möglichst hohen Glanz zu bewirken, wird eine möglichst flache Ausrichtung der Metallicpigmente im Farbfilm angestrebt. Liegen die Pigmente flach nebeneinander, bilden sie eine plane Oberfläche, von der das einfallende Licht symmetrisch, also streng gerichtet, reflektiert wird. Ist das der Fall, entsteht eine brillante und homogene Oberfläche. Sind die Pigmente selbst nicht genügend flach oder liegen sie nicht parallel zur Oberfläche, entsteht zwar ein metallischer Effekt, aber mit eher grauem, dunklem Charakter.

Siegwerk, UV-Metallicfarben
Abbildung 4: Unterschied bei der Trocknung von UV-Metallicfarben und lösemittelbasierten Metallicfarben: Die Grafik zeigt in den rechten Quadraten den Effekt des Farbschrumpfs bei lösemittel- bzw. wasserbasierten Metallicfarben. Durch das Verdunsten des Lösemittels bei der Trock­nung verringert sich die Farbfilmdicke, was automatisch zu einer flachen Ausrichtung der Metallicpigmente und zu einem erhöhten Glanz führt, und zwar von oben betrachtet wie auch in der Durchsicht durch den Druckträger hindurch. (Grafik: Siegwerk)

Die Ausrichtung der Pigmente hängt zum einen von der Benetzung der Pigmentteilchen ab. Sind diese von allen Seiten sehr gut benetzt, sinken sie ab oder schwimmen frei und unausgerichtet im Farbfilm. Ist die Benetzung jedoch weniger perfekt, vermag das Bindemittel das einzelne Pigment nicht sauber zu umschließen und es tendiert im Farbfilm aufzuschwimmen (»Leafing«). Der positive Effekt dieses Phänomens ist, dass das Aufschwimmen zu einer sehr guten Ausrichtung der Pigmentteilchen an der Oberfläche und damit zu einer hohen Brillanz führt. Aus diesen Gründen werden am Markt keine UV-Metallicfarben angeboten, deren Pigmente nicht aufschwimmen, ansonsten man nicht von Silber- oder Gold-Glanz sprechen könnte. (Der Vollständigkeit halber muss in diesem Zusammenhang ein Nachteil erwähnt werden: Aufschwimmende, nicht sauber in den Film eingebundene Pigmente lassen sich leichter von der Oberfläche abreiben, d.h. die Scheuerfestigkeit, Laminierbarkeit bzw. Überdruckbarkeit solcher Oberflächen ist deshalb oft etwas schlechter.)

Es leuchtet ein, dass tiefere Viskosität und niedrige Druckgeschwindigkeit den Effekt des Aufschwimmens begünstigen, bevor das Farbsystem unter der UV-Lampe fixiert  wird. Unter  Berücksichtigung  von Farbviskosität und Druckgeschwindigkeit ist es deshalb logisch, dass mit UV-Siebdruck (dünnflüssige Farbe) die besten, mit UV-Offset/UV-Buchdruck die schlechtesten Metallicoberflächen erzielt werden. Mit UV-Flexo-Metallicfarben liegt man irgendwo in der Mitte. Des Weiteren leuchtet ein, dass je höher der Farbauftrag, desto stärker wird der Glanz auf der Substratoberfläche.

Siegwerk, UV-Metallicfarben
Abbildung 5 zeigt die Einflussfaktoren der einzelnen Parameter (gültig für alle Druckverfahren).

Bezüglich »Leafing«-Effekt, Benetzung und somit Ausrichtung der Pigmentteilchen an der Oberfläche könnte man sagen, dass UV-Metallicfarben wegen des fehlenden Lösemittels einen Nachteil haben, denn das Lösemittel bewirkt beim Trocknen einen merklichen Schrumpf des Farbfilms (in der Regel > 50%; bei UV-Farben nur ca. 2–5%). Der Farbschrumpf bei lösemittelbasierten und wasserbasierten Druckfarben führt selbst bei gut benetzten Metallicpigmenten zu guter Teilchenausrichtung, was einen schönen Glanz bewirkt. Die Tatsache, dass die Pigmente bei den Non-Leafing-Metallicfarben (d.h. mit nicht aufschwimmenden Pigmenten) gut in den Farbfilm eingebettet sind, sorgt bei Lösemittel- und wasserbasierten Metallicfarben – im Gegensatz zu allen UV-Metallicfarben – für eine bessere mechanische Beständigkeit und gute Überdruckbarkeit.

4     Mögliche Schwierigkeiten bei UV-Metallicfarben

a     Stabilität

Auch wenn beim Mahlprozess wachsartige Additive eingesetzt werden, welche die Pigmentteilchen umhüllen und schützen sollen, sind doch immer noch einige Bereiche der Pigmente ungeschützt dem UV-Bindemittel ausgesetzt. Die blanken Metalloberflächen können nun die reaktive Gruppe des UV-Bindemittels destabilisieren und so auch ohne UV-Licht oder Radikale eine Polymerisationsreaktion auslösen. Bei der Formulierung der UV-Metallicfarbe müssen deshalb spezielle und erhöhte Konzentrationen von Stabilisator zugesetzt werden. Verstärkt wird das Problem durch eventuell im Bindemittel noch vorhandene Säure- oder Wasserreste, welche die Metalloberfläche angreifen und die Farbe zusätzlich destabilisieren können.

b     Mechanische Beanspruchung und ihr Einfluss auf den Glanz

Weil die Viskosität bei UV-Farben generell höher ist als bei lösemittel- oder wasserbasierten Farben, ist der Energieeintrag beim Dispergieren größer. Durch die mechanische Beanspruchung können die Pigmente brechen, was den Glanz negativ beeinflusst. Dieselbe Vorsicht ist geboten, wenn die UV-Metallicfarbe in der Druckerei verarbeitet wird. Unnötige Scher-Beanspruchungen beim Dispergieren/ Rühren sind auf jeden Fall zu vermeiden oder sollten reduziert werden. Auch gilt es zu beachten, dass die Farbe beim Druckvorgang mechanisch stark beansprucht wird, wenn sie über ein Farbwerk mit Rakel läuft – z.B. im UV-Flexodruck. So glänzen in der Regel Reste von Metallicfarben aus der Maschine weniger als  frische Farbe und sind auch weniger stabil. Es empfiehlt sich deshalb solche Farbreste separat zu lagern (sie können aber beim Ansetzen eines neuen Auftrags – wenn noch nicht polymerisiert – ohne weiteres wiederverwendet und zugemischt werden).

c     Reaktivität

Wie bei dunklen UV-Farben zeigt sich auch bei hochglänzenden UV-Metallicfarben eine Tendenz zu Trocknungsschwierigkeiten. Bei den dunklen UV-Farben absorbieren die dunklen Pigmente einen Teil der UV-Strahlung, die dann für die Polymerisation nicht mehr zur Verfügung steht. Desgleichen reflektierten die Metallpigmente einen Teil der UV-Strahlung, weshalb es bei der Trocknung der Farbe Probleme geben kann. Deshalb muss schon bei der Formulierung der UV-Metallicfarbe diesem Umstand Rechnung getragen werden und ein geeignetes Bindemittel bzw. ein entsprechender Fotoinitiator gewählt werden.

d     Chemische Beständigkeit

Wegen der verwendeten Metalle Aluminium und Messing (Kupfer-Zink-Legierung) sind alle Metallicfarben nur bedingt gegen Säuren und Laugen sowie gegen Oxidation und Reduktionsmittel beständig. So ergeben z.B. Fette, welche durch ein Etikett oder die Verpackung migrieren, bei Bronzen eine eher unappetitliche, grüne Verfärbung. Aus diesem Grunde muss die Echtheit gegen die entsprechenden Füllgüter genau geprüft werden.

e     Konterdruck im UV

Bei bestimmten Anwendungen (z.B. Schrumpffolien) ist es üblich, die glatte Substratoberfläche zur Steigerung des Glanzes auszunutzen und die Metallicfarbe auf die Rückseite des Druckträgers zu drucken. Handelt es sich jedoch um UV-Metallicpigmente, die aufschwimmen, ist in der Durchsicht nicht die geschlossene Pigmentoberfläche zu sehen, sondern man erkennt nur die im Farbfilm frei schwimmenden Pigmente. Das hat zur Folge, dass der Druck anstatt glänzend eher grau bzw. gelblich erscheint. Konsequenterweise können Standard- UV-Metallicfarben nicht ohne Glanzeinbußen im Konterdruck eingesetzt werden.

f     Mischen von UV-Metallicfarben mit Buntfarben

Im Pantone Farbfächer Ziff. > 8000 finden sich Ausmischungen von Metallicfarben mit Buntfarben. Wenn solche Metallicfarben sehr dünnflüssig sind (UV-Siebdruck und UV-Flexodruck), besteht oft die Schwierigkeit, dass das Aufschwimmen der Metallicpigmente zu einem kaum kontrollierbaren metallischen Effekt führt, der unter Umständen sogar fleckige Andrucke ergibt. Die Ausmischungen zeigen oft einen sehr großen Unterschied zwischen Handandrucken und dem maschinell gefertigten  Druckerzeugnis.

g      UV-Metallicfarben und Silikon

Weil bei UV-Metallicfarben eine eher schlechte Benetzung der Pigmentteilchen erwünscht ist, sind diese Metallicfarben silikonfrei formuliert. Sie haben demzufolge eine höhere Oberflächenspannung, was im Kombinationsduck  gelegentlich  zum  unerwünschten Trapping führt, d.h. zu mangelnder Haftung und Abstoßen der nachfolgend aufgedruckten, nassen Farbe. Die naheliegende Lösung wäre eigentlich, der UV-Metallicfarbe eine Spur Verlaufsmittel (meistens Silikon) beizufügen, um die Benetzung zu verbessern und die Oberflächenspannung zu senken. Das funktioniert in der Regel auch sehr gut, hat jedoch den Nachteil, dass diese bessere Benetzung auch bei den Metallicpigment-Teilchen eintritt. Die Folge ist, dass die Metallicpigmente im Farbfilm absinken und an der Oberfläche nicht mehr für den gewünschten Glanz sorgen. Fatalerweise äußert sich das Phänomen nicht schon zu Beginn, wo das Liegen der Farbe und der Glanz noch gut sind, sondern erst nach kurzer Zeit. Aus diesem Grund ist es nicht empfehlenswert, UV-Metallicfarben mit oberflächenaktiven Additiven (z.B. Silikon) zu versetzen.

 

Ansprechpartner

Siegwerk, MetallicfarbenRolf Montag, Siegwerk Druckfarben, Product Manager BU Narrow Web.

(Der Autor dankt Jürgen Harenz, Eckart GmbH/Deutschland, für seine fachliche Unterstützung.)

 

 

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