Keramik- und Glasbeschichtung - die Druckfarben

Peter Kiddell von FESPA UK gibt im ersten von zwei Teilen einen Überblick zu Farbstoffen im Glas- und Keramikdruck.

In England haben wir eine lange Tradition in der Verzierung aller Arten von Glas- und Keramik-Oberflächen. Besonders ausgeprägt ist dies in der Gegend von Stoke on Trent, wo alle notwendigen Techniken entwickelt und verfeinert wurden.

Firmen wie Wedgwood, Royal Crown Derby, Royal Doulton und andere mehr stehen in einer stolzen Tradition der Bearbeitung von keramischen Objekten durch Siebdruck, Tampon-Druck und lithografischen Verfahren. In diesem Artikel beschäftigen wir uns mit Sieb- und Tampon-Druck.

In jüngster Zeit wurde vor allem bei der Herstellung keramischer Fliesen und kurzfristiger keramischer Transfers der Digitaldruck eingeführt. Diese Prozesse sollten allerdings auf keinen Fall mit Sublimationstechniken auf polyesterbeschichtete Materialien verwechselt werden, auch hier kann Keramik oder Glas bedruckt werden.

In Druckanwendungen ist mechanischer Abrieb ein wichtiger Aspekt, ein anderer die Widerstandsfähigkeit gegen Chemikalien. Über viele Jahre hinweg wurde dies durch das Aufschmelzen von Pigmenten bei hohen Temperaturen erreicht. Diese Pigmente waren anorganisch.

Die hohe Umweltbelastung sowohl durch die Prozesse selbst als auch durch die Pigmente selbst lässt die Nachfrage steigen nach organischen Pigmenten, die auf glatten Oberflächen haften. Klar ist, dass es immer Pigmente sind, die Tinten ihre Farbe geben. Davon ausgehend stellen wir uns die Frage: Was ist eigentlich genau der Unterschied zwischen organischen und anorganischen Tinten?

Anorganische Pigmente

Anorganische Pigmente werden aus mineralischen Verbindungen gewonnen. Dies sind im Normalfall Oxide oder Salze von einem oder mehreren Metallen. Sie sind gegenüber Temperatur, Sonnenlicht und chemischer oder mechanischer Beanspruchung unempfindlich. Ihr Nachteil ist, dass sie aus Blei, Cadmium, Chrom oder anderen Schwermetallen im Zusammenspiel mit Zink, Kupfer etc. gewonnen werden.

Das bedeutet, dass sie eine Gefahr für die Gesundheit und die Umwelt darstellen. Einige der Materialien werden immer noch benutzt, doch die Schwermetalle Cadmium, Chrom und Blei wurden durch weniger gefährliche Materialien ersetzt. Anorganische Pigmente lösen sich nicht in konventionellen Lösungsmitteln.

Organische Pigmente

Organische Pigmente werden aus Pflanzen gewonnen, und zwar entweder aus Pflanzenteilen, oder nachdem sie zu Ölen oder deren Folgestoffen verarbeitet wurden. Diese Pigmente enthalten alle Karbon. Deshalb kann eine beinahe unbegrenzte Anzahl an Farben aus ihnen gemischt werden, die sehr intensiv sein können, und sogar fluoreszierend.

Anders als mit anorganischen Pigmenten ist es mit organischen allerdings richtig schwierig, Metallic-Farben zu generieren. Organische Pigmente werden zu Tinten gemischt die aus Harzen und Lösungsmitteln bestehen, oder, etwa bei UV-härtenden- Systemen, auch ohne Lösungsmittel auskommen.

Anorganische Farbstoffe oder Emailfarben sind eine Mischung aus Glaspartikelpigmenten (Fritten), Lösungsmitteln, Wachs oder Ölen und Zusatzstoffen.

Es ist möglich, metallische Pigmente und organische Harzen zu vermischen, das Ergebnis kann Emailfarben nahe kommen. Spiegelnde Oberflächen gelingen allerdings nur in Spezialverfahren, wenn der metallische Farbstoff auf schwarzen, hochglänzenden Kunststoff aufgebracht wird. Auf Glas oder Keramik ist dieses Verfahren nicht anwendbar. Wer richtige Metallic-Effekte auf Glas oder Keramik möchte, muss zu anorganischem Emailfarben greifen.

Thermoplastische Farben

Neben den genannten Farbstoffen gibt es bei der Nutzung anorganischer Tinten oder Emailfarben als Alternative die sogenannten thermoplastischen Farben. Bei diesem System verwendet man ein Wachs, das bei Umgebungstemperaturen fest wird.

Wenn die Temperatur auf 65-70 Grad Celsius (manchmal auch darüber) angehoben wird, verflüssigt sich das Wachs und erreicht, abhängig von Zusammensetzung und Temperatur, eine Viskosität von 800 bis 2000 Cp. Thermoplastische Farben eignen sich besonders für den Mehrfarbendruck. Wenn die warme Farbe auf kaltes Glas oder Keramik trifft, härtet sie schnell und kann sofort mit weiteren Farben überdruckt werden.

Ein gängiges Verfahren besteht darin, die Farbe vorzuschmelzen und sie auf eine Schablone aus Stahlgeflecht aufzutragen. Durch das Geflecht fließt kontrolliert elektrischer Strom, heizt es auf und hält die Farbe in einem druckgerecht flüssigen Zustand.

Das System ist so effizient, dass es möglich wird, mehrere Farben auf bis zu 7000 Glasflaschen in der Stunde zu drucken. Dafür braucht es die richtigen, isolierten Rahmen, in die das Stahlgeflecht montiert wird und Spezialgeräte, die die Stromzufuhr steuern. Versuchen Sie nicht, eine solche Anwendung ohne Anleitung durch einen Fachmann einzurichten!

Diese Methode wird auch für Keramik verwendet. Glas muss dann durch einen Kühlofen, Keramik durch eine Trockenkammer. Bei beiden müssen Geschwindigkeit, Temperaturprofil und innere Atmosphäre sorgfältig gesteuert werden, sonst verändern sich die Farben und die Bilder werden verzerrt.

Anorganische Emailfarben, thermoplastisch oder flüssig, können eine Menge Energie verbrauchen. Eine wesentlich günstigere Alternative ist die Verwendung von organischen Pigmenten, die nicht durch eine Glasfritte auf die Oberfläche von Glas oder Keramik, oder unter der Glasur aufgebracht werden müssen.

Organische Pigmente könnten die Temperaturen nicht überdauern, die nötig sind, um die Glasfritte in der Farbe zu schmelzen. Doch sie benötigen in der Härtung nur einen Bruchteil der Energie.

Hitzegehärtete organische Farben in solchen Anwendungen sind entweder reaktive Farben, die über einen Katalysator eine chemisch beständige Oberfläche ausbilden, oder eingebrannte Farben, in denen durch Temperaturen von 120 bis 150 Grad Celsius eine chemische Reaktion ausgelöst wird.

UV-härtende Farbsysteme erreichten in den letzten Jahren eine beträchtliche Verbreitung im Glasdruck. UV-Soforthärtung erlaubt Mehrfarbendruck und erzielt eine Anhaftung, die nicht nur Chemikalien trotz, sondern auch mehrere Durchläufe in der Geschirrspülmaschine übersteht.

Flaschen, Gläser und andere Glasobjekte werden heute auf diese Art bedruckt, doch die spiegelnden Hochglanzeffekte anorganischer Metallpigmente lassen sich so nicht erreichen. UV-gehärtete Farben lassen sich auch nicht unter einer Glasur anwenden, da die Pigmente beim Brennen der Glasur zerstört würden.