4.1.3. Получение пигментов и красочных лаков.

Почти все пигменты для печатных красок готовят методом осаждения из водной среды, в которой исходные вещества находятся в предельно диспергированном виде, что создает условия для образования частиц пигментов малых размеров. Например, гидроксид алюминия – неорганический пигмент, получают при взаимодействии сульфата алюминия и соды в водных растворах.

Красочные лаки из водорастворимых красителей получают также в водной среде. Красители для красочных лаков подразделяются на кислотные (анионные) и основные (катионные).

Кислотные красители – растворимые соли щелочных металлов, проявляют свойства кислот и, соединяясь с основаниями, образуют соли. Растворимые соли щелочных металлов при диссоциации образуют цветные анионы.

Соли щелочных металлов кислотных растворителей хорошо растворяются в воде, но при реакции замещения атома щелочного металла атомами двух- или трехвалентного металла (Ba, Ca, Zn, Al) образуется не растворимая в воде соль – красочный лак. Красочные лаки из кислотных красителей могут быть получены осаждением на поверхность белого пигмента, который в этом случае называется субстратом. В результате адсорбции красочный лак тонким слоем закрепляется на поверхности субстрата (т.е. происходит окрашивание белого пигмента). Субстрат определяет ряд свойств красочных лаков – дисперсность, способность образовывать прозрачные или кроющие краски. В качестве субстратов используются гидроксид алюминия, печатные белила и другие белые пигменты.

Кислотные красочные лаки менее стойки, чем пигменты, и обладают небольшой растворимостью в воде или спирте. Прозрачность лаковых красок регулируют содержанием в них лаков, полученных на основе прозрачного или кроющего субстрата или без него.

Основные красители – растворимые соли органических оснований и сильных кислот. Обычно они содержат в качестве электронодонорных заместителей аминогруппы или их производные и выпускаются в виде солянокислых солей, хорошо растворимых в воде.

При получении красочных лаков из основных красителей используют слабые гетерополикислоты, реже купроферроцианиды или другие осадители. Лаки более высокого качества получают в результате действия на основные красители фосфорно–вольфрамо–молибденовой кислоты.

Для получения красочных лаков используются главным образом трифенилметановые и ксантеновые красители, выпускаемые в виде соляно-кислых соединений, растворимых в воде.

Красочные лаки из основных красителей имеют высокую интенсивность, светостойкость и стойкость к воде, но не стойки к спирту.

Образовавшиеся в результате реакции частицы красочного лака, а также органического пигмента обладают первичной структурой, т.е. первичной степенью дисперсности. Выпавший осадок отфильтровывают и получают пигментную пасту, содержащую около 20-40 % воды. В сушильном устройстве из пасты удаляют влагу при температуре 100 ⁰С. В результате частицы пигмента соединяются и образуют агломераты и комки. Далее сухой пигмент размалывают в порошок.

4.1.4. Пигменты и красочные лаки для изготовления печатных красок.

Органические пигменты.

Органические пигменты и красочные лаки почти в равной степени используются при приготовлении цветных печатных красок, так как имеют высокую интенсивность, степень дисперсности и широкую цветовую гамму.

Для маркировки органических пигментов, красочных лаков, а также основных и кислотных красителей разработана система наименований красящих веществ, согласно которой их названия складываются: из слова, обозначающего принадлежность к пигментам, красочным лакам, основным или кислотным красителям; из цвета красящего вещества и его краткой характеристики (светлый, яркий, темный); из оттенка, обозначенного буквой (Ж - желтоватый, З - зеленоватый, К – красноватый, О – основной чистый и т.д.). Если одно вещество имеет более ярко выраженный оттенок, чем другое, эту степень оттенка обозначают цифрой, например: пигмент желтый 2К, а желтый 4К имеет более красноватый оттенок. Иногда к названию красящего вещества добавляют некоторые характерные данные, например, светопрочный, прозрачный или указывают принадлежность к химическому классу, например пигмент голубой фталоциановый.

Названия красочных лаков из кислотных красителей начинаются со слова лак, затем следует указание цвета, оттенка, начальная буква металла в соли осадителя (Б – бариевая соль, К - кальциевая). Например: лак красный ЖБ – лак красный с желтоватым оттенком, полученный при действии бариевой соли.

В соответствии с химической классификацией органические красящие вещества делятся на классы в зависимости от общности хромофорной системы. Практическое значение для печатных красок имеют красящие вещества следующих классов: азокрасящие, арилметановые, ксантеновые, фталоцианиновые и др.

Азокрасящие вещества содержат в системе сопряженных двойных связей одну или несколько азогрупп (-N=N-). Цвет азокрасящих веществ зависит от природы связанной азогруппой остатков, от числа и положения Э.Д. и Э.А. заместителей и других факторов. Все азокрасящие вещества подразделяются на моноазокрасящие вещества, содержащие одну азогруппу и дисазопигменты, содержащие две азогруппы.

Моноазопигменты интенсивны, имеют чистый цвет, высокую устойчивость к свету, к действию разбавленных щелочей, кислот, уайт-спириту, льняному маслу и пластификаторам. Их используют в производстве желтых, оранжевых и красных красок.

Дисазопигменты отличаются от моноазопигментов более высокой интенсивностью, прозрачностью, большей устойчивостью к действию различных растворителей, но имеют среднюю светостойкость. Главным недостатком этого вида пигментов является их токсичность.

Кроме азопигментов, для изготовления краски применяются лаки, полученные из кислотных азокрасителей, в результате действия на них бариевых и кальциевых солей или их смеси. Красочные лаки из азокрасителей имеют хорошие цветовые свойства, но меньшую, чем у азопигментов стойкость к растворителям и действию света. Используются для изготовления красных и оранжевых красок.

Арилметановые красящие вещества являются производными метана. Для изготовления красок применяют красочные лаки, полученные осаждением смесью гетерополикислот (фосфорновольфрамомолибденовой) из основных арилметановых красителей. Основные лаки имеют высокую красящую способность, чистый тон, обладают прочностью к свету, удовлетворительной устойчивостью к действию растворителей низкой прочностью к спирту, что исключает дальнейшее использование спиртовых лаков при отделке продукции.

Ксантеновые красящие вещества. Осаждением ксантеновых красителей гетерополикислотами получают красочные лаки. Они имеют высокую интенсивность, насыщенность цвета, хорошую светостойкость, но мало устойчивы к действию спирта, толуола и некоторых других растворителей.

Фталоцианиновые красящие вещества. Фталоцианиновые пигменты имеют исключительно высокую интенсивность. Они выдерживают нагревание до 500 ⁰С без разложения, обладают высокой светостойкостью, устойчивостью к действию щелочей, кислот, спирта и большинства органических растворителей. Кроме этого они обладают хорошими цветовыми свойствами (голубого и зеленоватого цветов).

Свойства некоторых пигментов и красочных лаков приведены в таблице 29.

Таблица 29. Физико-химические свойства пигментов и лаков

Наименование	Плотность г/см^3	Маслоемкость мл/100 г	Светостойкость в баллах от 1 до 10	Устойчивость к действию, балл по пятибалльной системе
				воды	Спирта	льняного масла	толуола	уайт-спирита	этилацетата	5%- ной соляной кислоты	5% - гидроксида натрия
Пигмент желтый светопрочный	1,4	60	6	5	3-4	3-4	2	4	2-3	4-5	4
Пигмент желтый прозрачный 0	1,55	60	5	5	5	5	4-5	5	5	5	4-5
Пигмент желтый светопрочный 23	1,59	63	7	5	3	4-5	2	4-5	3	5	5
Пигмент алый 5С	1,43	64	-	5	4-5	5	5	5	5	4-5	4
Пигмент ярко красный 4Ж	1,50	60	6	4-5	3	2	1	2-3	4	4	4
Пигмент алый концентрированный	1,54	74	6	4-5	4	4	2-3	4	2-3	5	4
Пигмент зеленый фталоцианиновый	2,02	46	6-7	5	5	5	5	5	5	5	5
Пигмент голубой фталоцианиновый	1,62	60	7	5	5	5	5	5	5	5	5
Лак красный ЖБ	1,64	64	2-3	5	4	4-5	4	5	4-5	4-5	3-4
Лак основной розовый (ксантеновый)	2,15	68	5	4	1	4-5	3-4	5	3	4	4
Лак рубиновый СК	1,46	84	5	4-5	3-4	3	3	5	4	4	3
Лак основной синий К (арилметановый)	1,37	72	5	5	1	4	4	5	3	1	4
Лак основной зеленый (арилметановый)	2,13	60	5	5	1	4-5	3	4	3	1	4
Лак основной фиолетовый (арилметановый)	1,57	118	4	5	1	2	3	5	3	1	5

Технический углерод. В полиграфии наиболее широко применяются черные краски для печатания текстовой и другой продукции. Пигментом при их изготовлении служит технический углерод (сажа), который обладает интенсивным черным цветом, так как поглощает 95-97% падающего на него света. Технический углерод абсолютно светопрочен даже при длительном и сильном освещении, имеет высокую стойкость к действию воды, щелочей, кислот и масел, ароматических углеводородов и других растворителей. Краски, содержащие этот пигмент, являются только кроющими.

К его недостаткам следует отнести его способность замедлять процесс химического пленкообразования и высокую маслоемкость, что ограничивает введение в краску большого количества пигмента для повышения ее интенсивности.

Технический углерод образуется при неполном сгорании углеводородов – природных газов, основной частью которых является метан. Для сжигания природных газов используются разные способы: сжигание газа при диффузионном пламени, в печах или термическим разложением.

Газовый канальный технический углерод получается в результате неполного сгорания при диффузионном пламени природного газа, который подается к металлическим горелочным камерам. Газ сжигают при ограниченном доступе воздуха, в результате часть углерода выделяется в виде технического углерода, который осаждается в каналах.

Газовый печной технический углерод получают в печах при сжигании природных газов с ограниченным доступом воздуха.

Окисленный (модифицированный) технический углерод получают в результате дополнительной обработки канального технического углерода. Для этого его окисляют кислородом, бихроматом калия или перекисью водорода. При этом за счет шероховатости увеличивается удельная поверхность пигмента, улучшается смачиваемость и уменьшается маслоемкость. Это позволяет увеличить концентрацию пигмента в красках на 3-7% и тем самым повысить его интенсивность.

Свойства технического углерода, используемого при приготовлении печатных красок, приведены в таблице 30.

Таблица 30. Физико-химические свойства технического углерода.

Технический углерод	Средний диаметр частиц, мкм	Удельная поверхность, м^2/г	Маслоемкость, %	Выход летучих веществ, % (t=105 ^0С)	pH	Содержание влаги, %	Интенсивность, %
Газовый канальный	0,010-0,040	90-100	180-185	1,5	3,7-4,5	2,5-2,7	100
Окисленный газовый канальный	-	250	120-125	9-15	1,5-2,6	4,6	95-105
Газовый печной	0,055-0,065	40	80-90	0,3-0,8	9-10	0,5-1,0	50-55

Неорганические пигменты.

Неорганические пигменты – это водонерастворимые цветные и белые соли или оксиды некоторых металлов, а в некоторых случаях и металлы в тонко дисперсном состоянии. Большинство неорганических пигментов получают путем синтеза водных растворов исходных веществ. По этому на свойства пигментов (степень дисперсности, оттенок, маслоемкость) влияют концентрация исходных растворов, температура реакции, скорость осаждения, интенсивность перемешивания, отмывка от побочных растворимых солей после получения пигмента, фильтрация, сушка и размол.

Неорганические пигменты отличаются от органических высокой стойкостью к свету, но при этом они имеют низкую степень дисперсности и менее интенсивны. По этому для приготовления красок используются лишь несколько искусственно полученных неорганических пигментов белого цвета, синий пигмент милори и металлические.

В качестве белых пигментов используют гидроксид алюминия, сернокислый барий, оксид цинка и диоксид титана. Их основные свойства приведены в таблице 31.

Таблица 31. Основные свойства белых пигментов.

Наименование	Плотность, г/см3	Средний диаметр частиц, мкм	Коэффициент преломления nD
Гидроксид алюминия Al(OH)3	1,9-2,3	0,01-0,10	1,49-1,50
Сернокислый барий BaSO4	4,0-4,7	0,5-1,7	1,64
Печатные белила	2,7-3,3	-	-
Цинковые белила – оксид цинка ZnO	5,5-5,7	0,3-0,4	1,90-2,05
Титановые белила – диоксид титана TiO2	3,9-4,2	0,17-0,35	2,55-2,70

Гидроксид алюминия – мягкий белый порошок с небольшой плотностью, высокой степенью дисперсности, большой маслоемкостью. Его коэффициент преломления почти равен коэффициенту преломления связующего (масла, олифы 1,46-1,59), поэтому образуются прозрачные белила с хорошими печатно-техническими свойствами. Белила вводят в состав краски для снижения плотности цветных красок. Могут использоваться в качестве субстрата при изготовлении прозрачных красочных лаков и как наполнитель.

Сернокислый барий имеет белизну 93-99%. Характеризуется большой стойкостью к свету, кислотам, щелочам и другим реактивам, а также средней плотностью, малой маслоемкостью. Со связующим образует почти прозрачную краску. Применяется как наполнитель и субстрат для красочных лаков.

Печатные белила – смесь гидроксида алюминия и сернокислого бария. Образуют со связующим полупрозрачную краску, используемую для разбавления цветных красок и улучшения их печатных свойств.

Цинковые белила – мягкий порошок с белизной 98% и высокой плотностью. Образует со связующим кроющую краску. Используется для разбеливания цветных красок, печатания по цветному фону и других целей.

Титановые белила (диоксид титана) имеют чисто белый цвет, среднюю плотность, высокую стойкость к химическим реагентам (кислотам, щелочам, маслам и пр.), светостойкость, небольшую маслоемкость. Со связующим пигмент образует сильно кроющую краску, применяемую для печатания на переплетных крышках и по цветному фону.

Милори – синий пигмент, легкий мелкодисперсный порошок с плотностью 1,82-1,97 г/см² и небольшой маслоемкостью (35-60 мг/100г). Краски содержащие милори, прозрачные и высокоинтенсивные. Пигмент стоек к кислотам, имеет высокую светостойкость, но нестоек к щелочам, поэтому его нельзя использовать для печатания упаковок мыла и различных стиральных порошков. Милори используется для приготовления синих красок и в качестве подсветок для черных красок. Пигмент по своей природе – активный катализатор, ускоряющий химический процесс пленкообразования.

Металлические пигменты – грубодисперсные порошки с частицами в виде чешуек, полученные измельчением металлических материалов. В основном используются «серебряные» пигменты из чистого алюминия и «золотые», полученные из сплавов на основе меди.