Trükivärv

Trükivärv on vedel või poolvedel segu, mida kasutatakse trükkimiseks/printimiseks, joonistamiseks või kirjutamiseks. Keemikud vaatavad seda kui kolloidset süsteemi, milles pigmendiosakesed on lahustis ühtlaselt hajutatud.
Trükivärvid arenesid välja tintidest, sest trükipressi leiutamine lõi vajaduse teistsuguse struktuuri ja omadustega segu järele. Tintide koostises tehti muudatusi eesmärgiga, et need oleksid trükimasinates paremini kasutatavad.
Trükivärvide koostis on küllaltki keeruline ja varieerub vastavalt sellele, millist trükkimismeetodit ja millist trükipinda kasutatakse. Põhikomponendid on lahusti, sideaine ja värvipigmendid ning trükivärvi füüsikalised ja keemilised omadused sõltuvad sellest, millist komponenti ning kui palju seda segusse lisada.

Ajalugu

Esimesi tinte ja trükivärve hakati valmistama Vana-Egiptuses ja Hiinas juba 5000 aastat tagasi. Vana-Egiptuses valmistatud tint koosnes tahmast, akaatsia kummivaigu nõrgast lahusest ja härja sarvedest valmistatud liimist. Liimaine oli vajalik, et siduda tahmaosakesed omavahel ja alusmaterjaliga. Hiinas valmistatud tolleaegne tint oli segu männitahmast, lambiõlist ja želatiinist, mis pärines loomanahast. Männipuidu põletamisel oli oluline, et õhu ligipääs oleks piiratud ja leek vaid suitseks. Hiljem võeti kasutusele tungaõli või searasva põletamisel tekkinud tahm. Liimained olid loomse päritoluga, enamasti loomanahkadest või kaladest. Parimaks liimaineks peeti hirvesarvedest valmistatud liimi. Parima kvaliteediga tindid koosnesid ligi kahekümnest komponendist: näiteks lisati veel segudele muskust, ninasarviku sarve, purustatud pärleid, parfüüme, erinevaid taimeekstrakte ja lakke. Nende ülesandeks oli tinti vastupidavamaks ja läikivamaks muuta. Tintide valmistamine oli aeganõudev protsess. Enne liimi ja lisandainete lisamist tuli tahma sõeluda ning seejärel saadud massi korralikult sõtkuda. Valmis mass valati väikestesse vormidesse tahkuma ja kuivama.
Umbes 1600 aastat tagasi loodi tindiretsept, mis jäi populaarseks mitmeks sajandiks. See koosnes rauasooladest, tanniinainest ja paksendajast. Rauasoolana kasutati raudsulfaati (saadud raua reageerimisel väävelhappega) või raudkloriidi. Tanniinainet pärineb galluspähklitest või puude koorest.
Galluspähklite leotamisel saadakase ekstrakt, mis sisaldab gallushapet. Happe reageerimisel rauasoola ja õhuhapnikuga tekib must värvus. Raudgallustintide miinuseks oli see, et värvaine ei imendunud paberi sisse, vaid jäi selle pinnale, mistõttu võis pigment paberilt kergesti maha tulla. Lisaks oli algselt paberile kandes tint sinakas-musta tooniga, kuid ajapikku tuhmus pruunikaks. See oli tingitud raua oksüdeerumisest ning selle vältimiseks lisati tindi koostisse granaatõunamahla, äädikat, sidrunimahla ja teisi happeid. Hapete lisamine muutis tindi kirjutamisel halvasti nähtavaks, mistõttu hakati koostisse värvaineid segama. Keskajal kasutati tahma, 18.-19. sajandil kampetšepuud, indigot või nuuskpiiritust. Värvainete lisamine muutis tindi värviliseks, kuid pärast paberile kandmist ja kuivamist muutus tint sügavmustaks.
Keskaegses Euroopas kasutati galluspähklite asemel viirpuu oksi. Oksad tuli lõigata ja kuivatada kevadel. Kuivanud okstelt eemaldati koor, uhmerdati peeneks ja jäeti kaheksaks päevaks vette ligunema. Seejärel keedeti tõmmist, millele oli veini lisatud, kuni tõmmis mustaks värvus ja paksemaks muutus. Antud vedelik kallati spetsiaalsetesse kottidesse ja jäeti päikese kätte kuivama. Lõpliku tindi valmimiseks kuumutati lõkke kohal kuivanud massi veini ja rauasoolaga.
1440. aastal leiutas Johannes Gutenberg trükipressi, kuid siiamaani levinud veepõhised tindid ei sobinud trükiste paljundamiseks. Käsitsi kirjutamiseks mõeldud tindid ei suutnud trükipinnale piisavalt kiiresti kinnituda, mistõttu jäi tekst hägune ja ebaterav. Maalikunstist saadi idee hakata vee asemel kasutama õli. Täpsed retseptid ei ole teada, kuid Gutenbergi loodud trükivärvid sisaldasid linaseemneõli, pähkliõli, tärpentini, okaspuuvaiku, pigi, Veneetsia tärpentini, tahma ja kinaveri.

Koostis

Üldiselt on trükivärvide keemiline koostis keeruline ja varieerub vastavalt paberile kandmise protsessist. Trükivärvide põhikomponendid on lahusti, värvaine, sideaine ja lisandained. Koostisel põhinevaid klassifitseerimismeetodeid on mitmeid. Vastavalt segude tekstuurile võib trükivärve jagada vesisteks, madala viskoossusega, pastataolisteks ja pulbrilisteks. Kasutatud värvaine järgi saab jagada pigmenttintideks ja lahusepõhisteks tintideks. Kui värvaine on lahustis lahustuv, on tegemist lahusepõhise tindiga, kui värvaine on mittelahustunud kujul (peene pulbrina), on tegemist pigmenttindiga. Trükkimisel on eelistatud pigmenttindid, kuna pigment jääb paberi pinnale. See on kasulik, sest mida rohkem tinti jääb paberi pinnale, seda vähem trükivärvi on vaja, et saavutada ühtlane värvi intensiivsus.

Pigmendid

Pigmendid määravad trükivärvi värvuse. Neid jagatakse vastavalt nende keemilisele koostisele orgaanilisteks ja anorgaanilisteks pigmentideks. Tänapäeval on kasutusel peamiselt anorgaanilised või sünteetilised orgaanilised pigmendid.

Anorgaanilised pigmendid

Mustad trükivärvid baseeruvad süsinikühenditel CyOₓ – süsinik väikese koguse mineraalainega. Täpne koostis varieerub ja oleneb tootmise meetodist, kuid süsiniku sisaldus jääb 90% ja 99% vahele. Tüüpiline osakese suurus on 20–30 nm. CyOₓ parandab trükivärvi voolavust, toimib loodusliku märgajana ja dispergeeriva ainena. 19. sajandi alguseni kasutati lambitahma ja peenestatud puusütt. Tänapäeval on need asendunud kivisöegaasi ja loodusliku gaasi põletamisel tekkinud tahmaga. Tahma sisaldus segus on ~22%.
Värvilised pigmendid baseeruvad kompleksühenditel (nt ftalotsüaniin), mille keskmes on metalli aatom, peamiselt raud või vask.
K₄Fe(CN)₆ + 2 FeSO₄ = Fe₂[Fe(CN)₆] + 2 K₂SO₄
Edasi Fe₂[Fe(CN)₆] oksüdeeritakse tugeva oksüdeeriva aine (nt naatriumdikromaadi või naatriumkloraadi) juuresolekul Fe₄[Fe(CN)₆]₃ kujule. Sinise erinevaid varjundeid saadakse pH, temperatuuri või temperatuuri varieerimisel. Vaskftalotsüaniini sisaldavaid trükivärve peetakse kõige eredamateks ja püsivamateks lahusepõhiste värvide seas.

Orgaanilised pigmendid

Orgaanilised pigmendid on aromaatse süsivesiniku – enamjaolt benseeni, naftaleeni või antratseeni – derivaadid ning neid kasutatakse värviliste trükivärvide tootmiseks. Pigmendi molekulid sisaldavad kromofoorilist rühma, näiteks =C=NH, -CH=N- või –N=N-. Kaksiksideme elektronid neelavad selektiivselt valguse lainepikkusi ja nende energiatase muutub. Värvus tekib vastavalt neelamata jäänud lainepikkustele.

Sideained

Sideained muudavad lahustumatud pigmendid paberile kantavateks ning mõjutavad ka värvi kuivamist. Tavaliselt kasutatakse linaseemneõli, mis oksüdeerub ja polümeriseerub paberil lahustumatuks kelmeks, muutes teksti püsivaks ja veekindlaks.

Lahustid

Lahustina kasutatakse erinevaid orgaanilisi taimseid õlisid. Näiteks ofsettrükimasinates on kasutusel õlid, millel on kõrge keemistemperatuur.

Omadused

Trükivärvide puhul jälgitakse peamiselt kolme omadust: viskoossust, kleepuvust ja tiksotroopsust. Viskoossus väljendab segu voolavust. Mida madalam on viskoossus, seda vedelam on segu. Kleepuvuse jälgimine on oluline, sest trükivärv peab olema piisavalt kleepuv, et see kinnistuks paberile, kuid mitte nii kleepuv, et see paberit kahjustaks. Kleepuvust on võimalik suurendada sideainete lisamisega ja vähendada õlide lisamisega. Tiksotoopsus on omadus, mis sunnib trükivärvi väliste mõjutuste tagajärjel vedelamaks muutuma.

Värvitrükkide kuivamine

Kolm põhilist mehhanismi on imendumine, aurustumine ja polümeriseerimine.
Suurema osa ofsettrükimasinate ja nüüdisaegsete printerite trükivärvide tööpõhimõte on trükipinnale imendumine. Trükivärvid ei kuiva kunagi lõplikult, mistõttu võib trükk kergesti kriimustuda. Imendumiseks mõeldud trükivärvidele lisatakse tihti värnitsat, et vähendada trükivärvi paberilt maha hõõrdumist. Kuivamisaeg võib ulatuda minutitest kuni tundideni.
Gravüüri, fleksograafia, web-offseti ja rulltrükimasinate trükivärvid kuivavad peamiselt aurustudes. Temperatuuri tõustes vaik pehmeneb ning jahedat rulli ületades tahkub uuesti. Aurustumine on võrdlemisi kiire protsess, toimudes umbes ühe sekundi.
Ofsettrükimasinates, mis ei põhine trükkimisel kummilindiga, toimub trükivärvi kuivamine oksüdatiivselt polümeriseerudes. Hapnik seostub õli molekulidega, moodustades peroksiidi. Reaktsioonil tekkinud vabad radikaalid on väga reageerimisvõimelised ja ründavad uusi molekule. Selle tulemusena toimub polümeriseerumine. Paljudes molekulides on mitu reageerimisvõimelist osa ning see võimaldab võrgustiku teket. Kuivamine polümerisatsiooni teel toimub väga aeglaselt, võttes aega kuni 48 tundi. Protsessi kiirendamiseks võib trükivärvide segule lisada sikatiive.
Keemilisi ja füüsikalisi protsesse on võimalik kiirendada temperatuuri tõstes. Üheks võimalikuks viisiks temperatuuri tõstmiseks on kasutada infrapunakiirgust. See võimaldab polümeriseerumise protsessi kiirendada kuni 75%. Sellegipoolest, IR-kuivatite kasutamine on tekitanud vaidlusi, sest arvatakse, et infrapunakiirgus põhjustab trükise teisel poolel värvide pehmenemist. Teine võimalik viis on kasutada UV-kiirgust. UV-kiirgusega kuivatamine nõuab spetsiaalse koostisega trükivärve ja seadmeid, mistõttu antud meetodi kasutamine on kallim võrreldes teiste kuivatusmeetoditega.
Tihti ei kasutata vaid ühte kuivatamismeetodit, vaid mitme kombinatsiooni. Näiteks osa trükivärvist imendub paberisse ja teine osa kuivab õhuga kokkupuutel.