СОВРЕМЕННОЕ СТЕКЛОТАРНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

Декоративные краски и эмали

Для декорирования стеклянной тары чаще всего используют различные эмали, в некоторых случаях находят применение люстровые, вспенивающиеся и льдистые краски, а также пасты, водно-дисперсионные и оксидно-металлические покрытия. Декоративные краски и эмали для стекла изготавливаются из фритты и пигментов, которые проходят соот­ветствующую предварительную термо­обработку.

Эма­ли идеально сочетают­ся с технологией стеклотары, их можно наносить до стадии отжига, они прочны и хорошо переносят обычные методы "обращения" со стеклянной тарой. Эма­ли также имеют высокую химическую и физическую устойчивость, что важно при розливе продукта и дальнейшем хра­нении. Как правило, применение эмалей ограничивается одноразовыми бутылка­ми, но иногда эту тару используют вто­рично. Кроме обеспечения определен­ных технических требований, эмали ча­сто служат для удовлетворения эстети­ческих целей. Сочетая различные виды эмалей и различную технику их нанесе­ния (трафаретная печать, напыление, на­несение кистью), можно добиться высо­кого качества декора. Все это относится и к нанесению ценных металлов, причем сочетание эмалирования и нанесения металлической пленки открывает допол­нительные возможности для дизайна стеклопродукции.

Составы стеклоэмалей могут быть, в зависимости от области применения эмали, сложными. Для просто­ты можно применять низкотемпера­турные ("косметические") матовые или блестящие эмали.

Эмалевый порошок состоит из двух основных компонентов: легкоплавкой стеклянной фритты (80 %) и неорга­нического пигмента (20 %).

Стекловидный "плавень", называ­емый фриттой, придает эмали опреде­ленные физические и химические свойства, к числу которых относятся: температурный интервал плав­ления, блеск, коэффициент термического рас­ширения, прочность, устойчивость к кислотам/щелочам, устойчивость к моющим средст­вам и нетоксичность (по содержанию металлов).

Фритты традиционно готовят на ос­нове свинецсодержащих систем, одна­ко с введением ограничений на содер­жание тяжелых металлов в упаковке (например, CONEG в США и Директива ЕС по упаковке и ее вторичному исполь­зованию) промышленность столкну­лась с необходимостью разработки де­корирующих систем, не содержащих тяжелых металлов. Разработаны новые составы эмалей без свинца, такие как висмут - или цинк-боросиликатные. Од­нако работа эта далеко не окончена, и разработка состава эмали, не уступаю­щего традиционным по прочности и химической стойкости, еще не закончена.

Компонент - "плавень" в составе эмали является обычно бесцветным стеклом, поэтому к нему добавляют пигмент, придающий окраску и назы­ваемый красителем или основой. На­пример, смесь кобальта, цинка и окси­да алюминия дает небесно-голубое окрашивание. Оксид хрома обычно входит в состав зеленых красителей. Для более ярких цветов - желтый, оранжевый, красный - раньше приме­нялись кадмиевые пигменты, но существующие нормативные огра­ничения распространяются и на кад­мий, поэтому в этом отношении ведет­ся разработка альтернативных соста­вов.

К настоящему времени практиче­ски решен вопрос замены кадмиевого пигмента для получения желтого цве­та, но пока не найдены заменители, дающие такую яркость окрашивания, а удалось получить без кадмия только коричневатые оттенки красного цвета. Правильный выбор неорганического пигмента и его соотношения с фрит­той важен для получения окраски требуемого цвета. Введение в состав эма­ли пигмента влияет на свойства фрит­ты, которое необходимо учитывать при разработке состава для получения эма­ли с заданными свойствами.

Порошок эмали сам по себе не при­меняется для нанесения на подложку, его необходимо смешать с соответст­вующим "носителем", или "средой". Имеются многочисленные составы эмалевых шликеров, разработанных для конкретных процессов декорирования, в том числе, соответствующих требова­ниям по охране окружающей среды.

Декорирование ценными металла­ми представляет собой нанесение со­ставов, которые при обжиге дают плен­ку золота или другого металла. Подоб­ные составы, как правило, не содер­жат свинца и кадмия. Для различных видов подложек разработаны конкрет­ные составы, позволяющие получать определенный декоративный эффект.

Тип эмали или металла, наносимо­го в виде пленки, определяет декора­тивный эффект. Стеклоэмали постав­ляются в очень широком диапазоне цветов и оттенков как в виде базовых составов, которые покупатель смеши­вает с пигментами сам, так и в виде готовых смесей определенного оттен­ка. В зависимости от интервала обжи­га эмали можно получить прозрачную или заглушённую окраску, матовую или блестящую поверхность с возмож­ными промежуточными стадиями, спе­циальная обработка может включать кислотное травление, эффекты метал­лического блеска или переливающей­ся окраски. Распространенной техно­логией нанесения эмали на бутылки, стеклянную посуду и стаканы являют­ся трафаретная печать, напыление, механизированное нанесение каймы или нанесение вручную каймы и рисун­ка с помощью кисти.

На рынке имеется также широкий спектр металлических красителей от ярко-золотого до люстровой краски.

Фирма Cookson Matthey (Велико­британия) поставляет эмали и соста­вы на основе ценных металлов веду­щим фирмам - производителям стек­лянной тары для напитков и космети­ки по всему миру. Фирмой "Цердек" (Германия) производится значительное коли­чество препаратов благородных металлов для декори­рования: глянцевое золото, глянцевое лимонное золо­то, глянцевая платина, полировочное золото, полиро­вочная платина, полировочное серебро, порошковое белое золото, порошковая платина, порошковое сереб­ро и золото для микроволновой обработки, золото для термообработки

Силикатные краски представляют собой тонкомолотые лег­коплавкие цветные стекла. Во время обжига (при температурах 500 – 550°С) изделия, расписанного силикатными красками, крас­ки приплавляются к поверхности стекла, образуя прозрачные или непрозрачные цветные покрытия. Поэтому различают проз­рачные и непрозрачные силикатные краски (эмали). Полупроз­рачные краски занимают промежуточное положение.

Люстровые краски (люстры) представляют собой растворы смолянокислых солей тяжелых металлов в органических раст­ворителях. После нанесения таких красок на стекло и последую­щего обжига на поверхности изделий образуется тончайшая ок­рашенная пленка оксидов металлов. Эта пленка отливает в от­раженном свете металлическим блеском. Цвет пленки и оттенок металлического блеска зависят от металла, на основе которого приготовлен люстр.

Вспенивающиеся краски — это силикатные краски, набухающие и час­тично отслаивающиеся от стеклоизделия при обжиге. Декоративный эффект заключается в усилении рель­ефности нанесенного рисунка. Льдистые краски пред­ставляют собой гранулы флюса размером 100- 150 нм, которые наносят на стеклоизделия, предварительно покрытые выгорающим адгезитом. При обжиге грану­лы расплавляются и округляются, создавая неповтори­мый декоративный эффект.

Главной проблемой использования традиционных силикатных эмалей в декорировании стекла является ток­сичность некоторых традиционных компонентов, в частности свинца и кадмия. Ограничения на выбросы этих веществ были введены в Европе в 1994 г. директивой 94/64 по упаковке и отходам упаковки, которая предпи­сывала постепенно, в течение ряда лет, добиться снижения содержания свин­ца, кадмия, ртути и хрома (VI).

Предприятия, занимающиеся производством красок, начали разработку бессвинцовых эмалей, но, как показали результаты исследования, они имеют ряд серьезных недостатков (повышенная температура обжига, ограниченная цветовая гамма, невыразительные красный и желтый цвета), которые не позволяют им пол­ностью заменить свинецсодержащие силикатные эмали. Некоторые ведущие заказчики (например, компания «Coca-Cola») вообще не согласились с исполь­зованием таких красок для передачи своего корпоративного цвета.

Долгие годы проводился поиск замены процесса нанесения рисунков и надписей на стеклянные бутылки, подарочные изделия и столовую посуду методом травления кислотой. В настоящее время эта задача для промышленных предприятий стала особенно актуальной. Они испытывают все возрастающее давление со стороны различных контролирующих и распорядительных органов, поскольку технологию травления плавиковой кислотой никак нельзя назвать экологически безопасной. Кроме того, эта технология является относительно дорогой. К негативным побочным эффектам технологии кислотного травления можно отнести также некоторое увеличение количества боя.

Несмотря на то, что способы имитировать "морозные узоры" с помощью разнообразных покрытий известны уже некоторое время, до сих пор не удавалось повторить все сочетание таких свойств, как гладкость текстуры, приятные тактильные ощущения (поверхность, приятная на ощупь), внешний вид и долговечность изделий, изготовленных методом траления плавиковой кислотой.

Разработано новое изобретение, включающее технологию производства покрытия и способ его нанесения, которое позволило создать жизнеспособную и относительно недорогую технологию, альтернативную традиционному способу травления плавиковой кислотой.

Изобретенные новые бессвинцовые стеклянные эмали обеспечивают гладкость текстуры и внешний вид, практически неотличимые от тех, которые получаются в результате "настоящего" травления кислотой. При этом они обеспечивают большую устойчивость к изнашиванию и меньшую вероятность образования боя в процессе заполнения изделий и при транспортировке. Это свойство - сохранять прочность стекла - является особенно существенным преимуществом в тех случаях, когда стеклоизделия заполняются напитками под давлением, например винами, шампанским или газированными напитками.

Изобретение предусматривает использование суспензии на основе стеклянной эмали (однородной дисперсии твердых микрочастиц стекла и красителя, не содержащих тяжелых металлов, в матрице из органической жидкости), которая осаждается методом регулируемого влажного электростатического распыления на поверхность стеклянных бутылок или иных стеклянных изделий (например, ваз, фужеров, тарелок, бокалов).

Предлагаемый технологический раствор позволяет добиваться самых разнообразных эффектов травления, от традиционных "морозных узоров" до матовых шероховатых поверхностей, прозрачных или непрозрачных, цветных или бесцветных.

Продукт марки АсЕ, предназначенный для имитации кислотного травления, имеет специальный состав. Он рассчитан на способы нанесения посредством влажного электростатического диска или воздушного распылителя. Причем выбор технологии зависит от таких факторов, как требуемая производительность, частота смены операций, а также форма и дизайн изделий, на которые наносится покрытие.

Продукт АсЕ обеспечивает множество преимуществ по сравнению с технологией кислотного травления и другими технологиями с использованием покрытий. Помимо высокой эффективности, в данной технологии обеспечивается однородность и возможность регулировать тол щи ну слоя, который наносится на всю поверхность стекла, что очень важно для достижения гладкой поверхности и хорошего внешнего вида. Для внешнего вида готового изделия после обжига также важен состав стекла, форма и размер твердых частиц в дисперсии АсЕ, а также вязкость дисперсионной среды.

Состав АсЕ для имитации кислотного травления поставляется также в цветной модификации, предназначенной для нанесения влажным электростатическим методом, что также является существенным преимуществом перед прочими технологиями матирования.

Последние разработки касаются, во всех возможных случаях, и состава стекла, благодаря чему можно не только очень точно имитировать результаты кислотного травления, но и обеспечить эффект однородности в широком диапазоне температур обжига. Это свойство очень важно с точки зрения декоративных работ по стеклу, поскольку при этом можно обеспечить более широкий диапазон изменения температуры по длине или ширине традиционных печей для декоративного обжига без изменения внешнего вида готовой продукции. Благодаря этой возможности можно повысить производительность и снизить стоимость продукции. Существенным преимуществом является возможность использовать более широкие температурные интервалы обжига, что очень важно в случаях, когда декор наносится на изделия сложной формы или имеющих неоднородности по толщине стенки, толщина которых неоднородна. На поверхности стеклянных изделий такого типа могут возникать большие градиенты температур, из-за чего после обжига могут возникать неоднородности, а это в свою очередь, приводит к низкой износоустойчивости и вообще ухудшению качества готовых изделий.

Метод имитации травления с использованием АсЕ можно применять в комбинации с декоративной трафаретной печатью, что еще больше повысит добавочную стоимость изделий и улучшит внешний вид стеклянной тары.

Другой технологией, все шире применяющейся с целью улучшения декоративных свойств изделий и увеличения их добавочной стоимости, является способ нанесения шаблона для трафаретной печати до нанесения покрытия АсЕ. После обжига шаблон удаляется механически, и образуется прозрачная область, сквозь которую видно и стекло, и содержимое сосуда. Потенциальным рынком сбыта жидких распыляемых покрытий АсЕ и соответствующей технологии является огромная область производства водки, коньяка, газированной воды, минеральной воды, пива и других напитков, стеклянную тару для которых можно украшать с помощью описанного здесь современного способа с использованием стеклянных эмалей. В настоящее время новый состав для имитации травления АсЕ, используется по всему миру для улучшения внешнего вида упаковки многих продуктов лучших марок.

Технология УФ - отверждения откры­вает новые горизонты и для декори­рования стеклотары методом окраски распылением. УФ - лаки дешевле, чем лаки на основе растворителей или во­доэмульсионные. Для них не требуется длительная сушка, сопряженная с рас­ходами на оборудование и энергию. Уст­ранение стадии термообработки приво­дит к повышению выхода изделий. Применение УФ - красок вместо термопластичных позволяет сущес­твенно удешевить трафаретную пе­чать. В целом внедрение УФ - красок позволяет повысить конкурентоспособность декорированной бутылки на рынке стеклянной тары.

Перспективное направление - использование не­традиционных источников энергии (луч лазера, низко­температурная плазма) для декоративной обработки стекла и изделий из него.

Применение специальных декоративных красок позволяет получить изделие с эффектным и эксклюзивным дизайном. Компания занимающиеся декорированием стеклянных изделий предлагают на основе "геометрических", "зеркальных", "бронзовых", термохромных, флуоресцентных, перламутровых пигментов, а также материалы, содержащие полимерные окрашенные микросферы.

● Лакокрасочные материалы на основе "геометрических" (или "голографических") пигментов образуют очень эффектное покрытие, вызывающее ассоциации с ярким блеском звезд на ночном небе или игрой бриллианта при вечернем освещении. Наиболее эффектно смотрятся прозрачные лаки, содержащие геометрические пигменты с золотым, серебряным или медным отливом, на фоне темной (черной или синей) подложки. Такие покрытия могут быть использованы для окраски бытовой техники, фурнитуры, изделий из стекла (столики, пепельницы, вазы и т. д.), мобильных телефонов, оправ для очков и многого другого.

● Краски и лаки на основе "зеркальных" пигментов позволяют получить великолепный металлический эффект, подобный поверхности хрома, несравнимый с обычными металликами. При окраске гладких поверхностей (стекло, листовые пластики) может быть достигнута отличная отражающая способность поверхности, подобная зеркалу. На основе этих пигментов можно получить покрытия с «анодированным» эффектом или типа электрик. Такие покрытия используются для - замены вакуумной металлизации стекла и пластиков - окраски изделий под хром, титан, матовый алюминий, золото - окраски в анодированные цвета и цвета электрик.

● Флуоресцентные краски дают яркие, живые, сияющие цвета. Такие краски начинают светиться под воздействием ультрафиолетового излучения. Чем толще слой краски, тем сильнее явление люминесценции. Особенно эффектно смотрятся на стеклянной посуде (бутылки, стаканы) или деталях интерьера, используемых в ночных клубах, при наличии специальных светильников для подсветки.

● Термохромные краски на водной основе с переходом в бесцветное состояние при температурах 15, 31 и 47ºС. Исходные цвета: синий, красный, зеленый, желтый и черный. Область применения- детские игрушки, тара для напитков, требующих охлаждения перед использованием, а также чашки для горячих напитков (чая, кофе).

● Краски с перламутровым эффектом. Такие краски способны изменять цвет в зависимости от угла зрения и освещения, поэтому их называют также красками - «хамелеон". Краска имеет полупрозрачную структуру, потому что в ее состав входит натуральный перламутр.

В мировой практике декорирования стеклянных бытовых изделий широко используются безобжиговые покрытия на органической основе. В эту группу вхо­дят полиуретановые композиции, эпоксидные смолы, лаки и краски. Однако существенный недостаток всех этих по­крытий по отношению к покрытиям на основе сили­катных красок — невысокие эксплуатационные характеристики. В связи с этим данные покрытия не конку­рируют с силикатными, по позволяют обновить дизайн и ассортимент изделий.

В технологии декорирования стеклоизделий наибольшее распростране­ние получили двухкомпонентные систе­мы (эпоксидная смола+отвердитель), которые для отверждения требуют на­грева до 80-23СГС. Такие краски можно применять и при нанесении методом горячего тиснения, при котором крас­ку частично отверждают на фольге до переноса рисунка на изделие. Другим вариантом термореактивных систем являются однокомпонентные эмали. Их применяют для декорирования как "гладких", так и матовых поверхностей, а также стекол с пониженным ТКЛ Р для парфюмерных флаконов. Такие эма­ли лучше подходят для нанесения на шелкографических автоматах, имеют высокую прочность и адгезию после отверждения.

Водно-дисперсионные краски го­товят на основе частично сшитых эпоксидно-полиуретановых полимеров. Блокированные полиуретаном алифа­тические полиизоцианатные группы смолы обеспечивают окончательное отверждение состава при термообра­ботке на изделии. Органические краски имеют очень широкий диапазон цветов и цветовых эффектов, включая "мороз", "полупрозрачность" и металлический блеск. Термообработка красок включа­ет нагрев до 8О-23СГС, причем соблю­дение режима нагрева исключительно важно для создания нужного цветового эффекта и получения прочного, водо­стойкого рисунка. Выбор водно-дис­персионного красителя производится с учетом назначения стеклоизделий.

В настоящее время интенсивно ведутся работы по совершенствованию известных и разработке новых способов декорирования изделий драгоценными ме­таллами.

Выбор эмали для декорирования определяется технологией нанесения покрытия, формой и составом изделия, пожеланиями заказчика.

Для традиционной шелкографии с применением трафаретов из полиэфирных волокон краски обычно изготавливали на масляной основе. Однако наибольшее распространение сегодня получили пасты, которые вклю­чают в себя органический пленкообразователь (термопластичный полимер), парафин и синтетический воск. Такие пасты требуют нагрева для достижения рабочей вязкости и поэтому наносятся через горячий трафарет. Керамические эмали нагревают с помощью резистивных или ИК нагревателей. Драгоценные металлы и медь наносят в виде жидких паст через полиэфирную сетку или в виде восковых паст через металличес­кую сетку с нагревом. Для получения блестящего металлического покрытия необходимо нанести шелкографическим способом подслой из флюса (глазури) и оплавить его при 590-620ºС. Затем нанести покровный слой из дра­гоценного металла (золото, платина) и обжечь при температуре на 100°С ниже, чем слой глазури. Для повышения блеска иногда применяют следующий прием: наносят металл на слой глазу­ри, обжигают и затем стирают избыток влажным тампоном.

Для декорирования стеклоизделии также применя­ется нанесение цветных оксидно-металлических по­крытий и пленки драгоценных металлов. По способу нанесения оксидно-металлических покрытий на стеклоизделия выделяют аэрозольные покрытия, ирризацию, покрытие изделий люстровыми красками и тер­мовакуумный метод нанесения покрытий. Для ирризации используют соли олова, висмута, бария, титана, стронция, индия и др. Популярным способом остается декорирование люстровыми красками, которые представляют собой растворы смолянокислых солей тяжелых металлов. Люстровые краски дают воз­можность получить декоративное покрытие в виде "мраморных" разводов.