Druckfarben


2-Komponenten Druckfarben

Druckfarben bilden sich aus 2 Komponenten, Cellulose und Pigment.

Cellulose
Cellulose besteht aus:
Organischem Material + Nitratsäuren / Schwefelsäure. Daraus entsteht Nitrocellulose, die auch als Basis für Sprengstoffe dient und aus dem früher auch Schwarzpulver gewonnen wurde.
Nitrozellulose findet sich beispielsweise in Nagellack, Leim, in Tischtennisbällen, Acetat, Textilien und auch in Filmmaterial für Röntgenverfahren.

Pigment
Pigmente können mineralischen, organischen oder synthetischen Ursprungs sein. Organische Pigmente finden sich beispielsweise in Tieren, Blut, Melamin oder Sepia.

Welche Druckfarben gibt es?

  • Nitrocellulose-Farben:
    Werden vielfach bei glatten Oberflächen verwendet, die es gilt zu bedrucken. Derzeit ist eines der gängigsten Lösungsmittel Acetatethyl, weil es für Lebensmittel als unbedenklich eingestuft wird. Es ist das weit verbreitetste Lösungsmittel.
  • Acryl-Farben:
    Finden sich in Wasser verdünnt bei 2-Komponenten Farben
  • Hybrid-Farben:
    Bestehen aus Cellulose-Pigment + Acryl
  • Vegetal-Farben:
    Eine gängige Vegetal-Farbe ist Leinöl. Vegetal-Farben verfügen vielfach in Druckverfahren über Nachteile, wie eine starke Geruchsbildung und finden kaum Verwendung

Anforderung der Industrie an Druckfarben

Druckfarben auf Folienverpackungen, aber auch auf anderen bedruckten Oberflächen, kommen vielfach mit Lebensmitteln oder anderen Füllstoffen in Kontakt, die mit anderen Stoffen Wechselwirkungen aufweisen oder durch Kontakt mit Stoffen aus Druckfarben beeinträchtigt werden können. Das können beispielsweise optische, haptische Beeinträchtigungen sein, bei Lebensmittel sogar dazu führen, das Geruch und Geschmack eines Lebensmittels mit Bestandteilen von Druckfarben negativ beeinflusst wird.

Lösungmittel Trockungsprozess
Hier sind insbesondere die Lösungsmittel die Stoffe, die durch Trocknung nahezu vollständig aus dem Druckauftrag getrocknet werden müssen und somit nur noch in verschwindend geringen Mengen nachweisbar sind und sich in der Regel in ppm (parts per million) angeben lassen.

Wichtig beim Druck:
Schnelle Trocknung muss auch bei schnellen Druckverfahren, wie bespielsweise dem Rollendruck erfolgen, bei dem Rollen mit 300 bis 500 Meter pro Minute bedruckt werden.

Warum Druck in weißer Farbe besonders teuer ist?
Da alle Druckfarben auf Pigmenten, also den farbgebenden Stoffen aufbauen, ist der Druck in weiß besonders teuer, denn das Pigment weiß kommt in der Natur seltener vor und ist synthetisch kaum zu imitieren.

Man unterscheidet Druckfarben in solventfree und solventless. Es bezeichnet die Löslichkeit gegenüber Dispersion und enthält einmal Lösungsmittel, ein anderes Mal ist es lösungsmittelfrei.

PPM: Parts per Million
Gibt die Stoffkonzentration an, die hier im Fall eines Druckes, die restlich verbleibende Stoffkonzentration anzeigt.

Was muss man bei Farben mit und ohne Lösungsmittel beachten – wofür sind sie geeignet?
Maßgeblich bei der Auswahl der Druckfarben sind die Haftung auf dem Trägermaterial und die Verarbeitung der Farben. Wasserfarben lassen sich beispielsweise beim Flexodruck besser verarbeiten.

Warum eignen sich Acrylfarben eher weniger für den Druck?
Acrylfarben sind für den Druck eher nachteilig, weil sie umweltschädlicher sind und der Trocknungsprozess länger ist. Grundsätzlich sind sie jedoch durch den Einsatz von Primern auch auf Aluminiumoberflächen haftbar.

Vorteil von Wasserfarben
Wasserfarben sind bei Flexodruck einfacher zu verarbeiten

Druckfarben in der Lebensmittelindustrie – die wichtigsten Begrifflichkeiten

Lebensmittelverpackungen stellen nicht nur eine geeignete handelbare Einheit dar, die am POS den Kunden zum Konsum anregen soll, sie erfüllt auch eine Fülle von Faktoren, die beispielsweise Haltbarkeit, Aromaschutz oder auch die haptischen Eigenschaften betreffen. Druckfarben spielen hier eine maßgebliche Rolle, denn die meisten der Funktionen sind ohne den Druck auf der Lebensmittelverpackung mit den geeigneten Druckfarben, nicht zu realisieren.

Direktverpackungen nehmen bei Lebensmitteln einen immer größer werdenden Stellenwert ein. Dabei kommt das Lebensmittel mit der unbedruckten Innenseite der Verpackung in Kontakt. Insbesondere hier ist einmal mehr der Stoffübergang von Druckfarben auf das Lebensmittel zu vermeiden. Man spricht von Migration.

Stoffübergange und wie sie entstehen

Stoffübergange bei Verpackungen auf Füllstoffe erfolgen in der Regel auf 3 Arten:

  • Migration durch bedrucktes Material
    Druckfarben- und Lacke bestehen aus einer Vielzahl von Substanzen. Aus dem Lackauftrag können kleinmolekulare Bestandteile durch das bedruckte Trägermaterial dringen und auf den Füllstoff übergehen. Man spricht von der Durch-Migration
  • Abklatsch (unsichtbar über die Druckrolle) / invisible set-off
    Bei einer Druckmaschine wird eine Seite bedruckt und die dem Inhaltsstoff zugewandte Seite verbleibt unbedruckt. Dennoch kann durch den Druckvorgang über die Rolle eine so genannte Abklatschmigration auf die unbedruckte Seite übergehen, die man nicht sieht, aber dennoch auf das Füllgut übergehen kann. Beim sichtbaren Abklatsch spricht man von Makulatur
  • Stoffübergang in der Gasphase
    Aus der Verpackung heraus gehen flüchtige Stoffe durch die Gasphase auf Füllstoffe über, die das Lebensmittel in Geruch und Geschmack beeinträchtigen können

Dabei sind Druckfarben die maßgeblichen Faktoren, die es gilt zu berücksichtigen oder unter Verwendung einer Barriere bei Folien und Kunststoffen einzuarbeiten.

Druckfarben & Druck, wichtige Einflussfaktoren auf die Migration

Insbesondere Kaschier- und Klebevorgänge, aber auch Konfektioniervorgänge und der Einsatz von Druckfarben im Besonderen, haben einen maßgeblichen Einfluss auf die Migration.

Mögliches Migrationspotenzial steht auch immer in Abhängigkeit dieser Faktoren:

  • Bedruckstoff
  • Gestaltung (Verhältnis von aufgetragener Farbe)
  • Transport & Einlagerung
  • Herstellungsprozess
  • Druckfarben & Lacke (hier inbesondere migrationsarme Druckfarben und Lacke)
  • Klebstoffe
  • Reinigungsmittel beim Druck
  • Zeitfaktor (Durchhärtung, Trockung)

Konforme Druckfarben für Lebensmittelverpackungen

Aufbau verschiedener Farbtypen als 2-Komponenten Druckfarben
sind immer bestehend aus:

  • Farbmittel: Pigmente
  • Hilfstoffe : Additive

Konventionelle Offsetdruckfarben:
Offsetdruckfarben sind von pastöser Konsistenz. Als Lösemittel kommen Mineralöl, Pflanzenöl oder Fettsäureester zur Verwendung. Als Bindemittel nutzt man Naturharze.

Lösungsmittelbasierte Druckfarben:
Lösungsmittelbasierte Druckfarben sind von flüssiger Konsistenz. Als Lösungsmittel eignen sich hier Ethanol, Ethylacetat und Ethoxypropanol. Als Bindenmittel werden Kunstharze, Naturharze oder Nitrocellulose verwendet.

Wasserfarben & Lacke:
Wasserfarben und Lacke sind von flüssiger Konsistenz. Sie sind eine Kunststoffdispersion und Lösung auf Wasserbasis.

UV-härtende Farben & Lacke:
Diese Farben und Lacke sind von flüssiger oder pastöser Konsistenz. Sie enthalten reaktive Oligomere, Reaktivverdünner und Photoinitiatoren.

Lösungsmittelbasierte Druckfarben für Tief- und Flexodruck

Druckfarben auf Lösungsmittelbasis kommen bei zahlreichen Lebensmittelverpackungen zur Verwendung. Lösungsmittel in lösemittelbasierten Druckfarben sind in Bezug auf den Stoffübergang / Migration kein grundsätzliches Problem. Vielmehr ist zu gewährleisten das diese stark flüchtigen Stoffe ganz während der Trocknungsphase verdunsten können. Additive verfügen über ein bestimmtes Migrationspotenzial, das es zu berücksichtigen gilt.

Bei der Auswahl der Rohstoffe für Druckfarben, dessen Zusammensetzung und Verarbeitung, sollte daher so ausfallen, dass Additive nur dann verwendet werden, wenn sie für Lebensmittel als unbedenklich eingestuft sind und die vorgeschriebenen Grenzwerte nicht überschreiten. Lösungsmittelbasierte Rohstoffe für Druckfarben beim Tief- und Flexodruck sollten den Vorgaben entsprechen.

Bogenoffset-Druckfarben

Bogenoffset-Druckfarben mit geringer Migration, finden im Außendruck von Lebensmittelverpackungen Verwendung. Aus der Farbschicht kommt es zu einem unvermeidbaren Stoffübergang aus der Farbschicht auf den Füllstoff, der auf ein Minimum reduziert wird.

Es erfolgt die oxidative Trocknung der Bogenoffset-Druckfarben mit geruchsaktiven Spaltprodukten. Deshalb erfolgt eine Lackierung des Aufdrucks durch Dispersionslack als Deckschicht.
Die in den Bogenoffsetfarben enthaltenen Druckfarben haben den Nachteil, dass sie bei fetthaltigen Lebensmitteln oder auch anderen Füllstoffen hohe Werte beim Stoffübergang aufweisen und daher kritisch zu beurteilen sind. Verwendet man Druckfarben im Bogenoffset-Druck, die mit Lebensmitteln in Kontakt geraten, dann kommen hier migrationsarme Bindemittel in den Druckprozess, die auf Basis von Pflanzenölen gewonnen wurden oder Fettsäureester. Mineralöl ist ungeeignet.

UV-härtende Druckfarben & Lacke

UV-härtende Druckfarben und Lacke werden unter UV-Strahlung zu einem sehr festen und trockenen Farbfilm. Über Energie in einem bestimmten Wellenlängenspektrum reagieren Photoindikatoren, die UV-Strahlung absorbieren und die dafür sorgen, dass Photoindikatoren in freien Radikalen zerfallen. Diesen Vorgang bezeichnet man als Polymerisation. Hochreaktive Moleküle sammeln sich an ungesättigten Doppelbindungen der Acrylate an.

Vorteil dieses Verfahren ist, dass durch die gezielte Auswahl von Photoindikatoren und Bindemittel, es ermöglicht wird UV-Farben und Lacke als Druckfarben zu verwenden, die eine geringe Migration aufweisen.

  • Photoinitiatoren sorgen dafür, dass Druckfarben aushärten und keine Migration mehr entsteht
  • Hochreaktive Bindemittel sorgen dafür, dass eine vollständige Vernetzung der eingesetzten Bestandteile der Druckfarben erfolgt
  • Additive optimieren Farbauftrag und Druckergebnis, sind aber nicht UV-reaktiv und bleiben migrationsfähig. Additive müssen für Lebensmittel zugelassen sein

Wechselwirkungen von UV-härtender Druckfarben mit Faktoren aus dem Druckprozess:

Dass UV-härtende Druckfarben migrationsfrei sind, setzt immer auch voraus, dass Aushärtung vollständig erfolgt, die wiederum in Abhängigkeit der Produktionsbedingungen steht, die optimal ablaufen müssen. Zu diesen Faktoren zählen unter anderem:

  • UV- Strahlerleistung / Intensität
  • Produktionsgeschwindigkeit
  • Saugfähigkeit des Trägermaterials

Mögliche Probleme und Wechselwirkungen beim UV-Aushärtungsverfahren:
Durch den Einsatz von UV-Strahlern reagieren nicht nur die Druckfarben mit vollständiger Aushärtung, es kann auch hier zu unerwünschten Nebeneffekten führen, die auf das Trägermaterial, auf das der Aufdruck erfolgt, entstehen können. Hier kann es zu einer Geruchsemission durch UV-Strahlung auf dem Trägermaterial entstehen. Bei diesem Verfahren spielt auch das Trägermaterial eine entscheidenden Rolle und auch hier sollte die Auswahl vor diesem Hintergrund erfolgen.

Wasserbasierte Druckfarben für den Flexodruck

Wasserbasierte Farben eignen sich im Flexodruck immer dann besonders gut, wenn als Trägermaterial saugfähige Materialien bedruckt werden. Zu diesen zählen beispielsweise Papier, Zellstoff oder Karton. Auch wasserbasierte Farben sind bei Lebensmittelverpackungen in Verwendung, unterliegen hier aber auch den Richtlinien an konforme Druckfarben in diesem Bereich.

Dispersionslacke

Dispersionslacke sind sensorisch neutral und migrationsarm. Dennoch ist der Farbauftrag nicht ausreichend abriebfest. Es bedarf einer weiteren Schutzlackierung, um auch hier als Lebensmittelverpackung eingesetzt zu werden.

Wir sehen uns bei AlFiPa zum einen als wichtigen Innovationsmotor in der Entwicklung optimierter Trägermaterialien und Druckfarben und der funktionalen und optischen Veredelung, zum anderen aber auch als verlässlichen Partner für Industrie und Handel bei der Entwicklung von Verpackungslösungen.