El fenómeno que el tinta de impresión Se adhiere a la superficie del sustrato de impresión es un fenómeno de adsorción. Generalmente lo convertimos en un fenómeno interfacial. Se refiere a la adherencia de átomos y moléculas de una sustancia a la superficie de otra. Existe otro fenómeno similar llamado “absorción”, también es un fenómeno interfacial. El proceso implica la permeación uniforme de átomos y moléculas de una sustancia a través de la interfaz, permitiéndoles penetrar en los espacios interiores entre los átomos o moléculas de otra sustancia. Cuando tanto la adsorción como la absorción ocurren simultáneamente, se emplea el término "adhesión" para describir este fenómeno. La fuerza de adhesión, también conocida como adhesión, denota la fuerza con la que la tinta se adhiere a la superficie de impresión. Para mejorar esta adhesión, se deben priorizar dos aspectos principales: la idoneidad de la tinta para la impresión y la imprimibilidad del material del sustrato.
1. Imprimibilidad de la tinta
1. El papel fundamental de la resina en las formulaciones de tinta se destaca por su compatibilidad con el sustrato, ya que es un componente fundamental del vehículo de la tinta que afecta directamente la fuerza de adhesión. En la práctica estándar, la selección de tintas para sustratos metálicos requiere el uso de resina epoxi como aglutinante, debido a sus grupos epoxi y su naturaleza reactiva que fomentan una adhesión sólida tras la reticulación. Por el contrario, para los plásticos de polietileno, la resina aglutinante debe reflejar el material del sustrato, utilizando polietileno para una imprimibilidad óptima. De manera similar, el polipropileno sirve como aglutinante adecuado al imprimir sobre sustratos de polipropileno, ya que comparten polaridad y pesos moleculares comparables. Para materiales de poliuretano, la adopción de resina de poliuretano como aglutinante garantiza que la capa de película de tinta posea cualidades excepcionales de durabilidad, resistencia al desgaste y adhesión al imprimir.
2. La impresión eficaz sobre un sustrato requiere una estrecha coincidencia en los parámetros de solubilidad entre el disolvente de resina y los componentes del sustrato dentro de la tinta. Cuando estos parámetros se alinean, el disolvente ejerce un efecto de hinchamiento en la superficie del sustrato, facilitando el recorrido de la resina a través de la interfaz y la penetración en el interior del sustrato. En última instancia, este proceso da como resultado la formación de una adhesión fuerte y duradera entre la tinta y el sustrato.
3.Adición de Aditivos Adecuados.
Para reforzar la adhesión, es primordial incorporar promotores de adhesión adecuados. Estos promotores funcionan como agentes de acoplamiento, agilizando la unión entre la resina de la tinta y el material del sustrato polimérico y, en última instancia, elevando las capacidades de adhesión de la tinta.
Además, la inclusión de agentes reticulantes juega un papel fundamental en el fortalecimiento de la adhesión. Al crear enlaces cruzados dentro del adhesivo, estos agentes no sólo reducen la temperatura de formación de la película sino que también mejoran significativamente la adhesión de la tinta. Además, mejoran la dureza de la película de tinta, la resistencia al agua, la resistencia a los disolventes y la velocidad de secado, lo que contribuye a un rendimiento general superior.
2. Tratamiento Superficial de Sustratos para Tintas
Tratamiento de plásticos y películas plásticas. Las diversas estructuras moleculares, densidades, cristalinidades y composiciones de grupos polares superficiales de plásticos y películas plásticas conducen a variaciones sustanciales en sus propiedades, incluso dentro del mismo tipo de plástico, donde las densidades pueden abarcar un amplio rango. Estos factores, junto con la suavidad de la superficie inducida por la producción y la incorporación de estabilizadores que confieren resistencia ácido-base y propiedades antioxidantes, a menudo resultan en capacidades deficientes de adsorción de tinta. En consecuencia, la adhesión y la resistencia al desgaste de la capa de tinta impresa se ven significativamente afectadas, lo que requiere un tratamiento de la superficie antes de la impresión. La piedra angular de este tratamiento implica alterar la polaridad de la superficie plástica, transformando superficies típicamente no polares en otras que poseen grupos polares capaces de unirse con los grupos polares que se encuentran en el aglutinante de la tinta. Esta transformación fomenta una fuerte adherencia de la tinta a la superficie plástica.
3. Métodos comunes de tratamiento de superficies de tinta para plásticos
(1) Tratamiento de descarga de corona
El tratamiento de descarga en corona emplea un dispositivo estructurado con un motor de corriente alterna de alto voltaje, un transformador de salida y un par de electrodos. A medida que la película de plástico atraviesa el estrecho espacio entre estos electrodos, un alto voltaje desencadena la ionización del oxígeno atmosférico, produciendo ozono. Este proceso energiza la superficie de la película, iniciando una descarga en corona que provoca la aparición de grupos polares. En consecuencia, la polaridad molecular se intensifica, elevando la tensión superficial. Al mismo tiempo, el tratamiento elimina el polvo y crea hendiduras microscópicas imperceptibles para el ojo humano, raspando eficazmente la superficie. Esta transformación refuerza la capacidad del sustrato para absorber tinta, lo que hace que el tratamiento de descarga en corona sea un método frecuente y eficaz en las prácticas actuales.
(2) Método de tratamiento con llama
El método de tratamiento con llama funciona según el principio de exponer rápidamente la película de plástico a una llama oxidante. Este paso rápido a través de la llama elimina imperfecciones microscópicas, eliminando rebabas invisibles y mejorando significativamente la adhesión de la tinta a la superficie. La esencia de esta técnica reside en la palabra “rápido”, ya que cualquier retraso corre el riesgo de “quemar” la superficie, lo que puede disminuir la adhesión de la tinta y provocar el desprendimiento tanto de la película de óxido tratada a la llama como de la capa de tinta. Por lo tanto, la temperatura del tratamiento debe mantenerse meticulosamente por debajo del umbral de deformación térmica de la película plástica para garantizar resultados óptimos.
(3) Tratamiento con plasma
El tratamiento con plasma aprovecha el poder de campos eléctricos intensos, altas temperaturas y energía láser para extraer electrones de átomos o moléculas neutros, transformándolos en iones, un estado en el que las cargas positivas y negativas están en equilibrio, de ahí el término plasma. Un generador de RF impulsa este proceso emitiendo energía láser a altos voltajes, iniciando una descarga luminosa distintiva que ioniza los gases circundantes y desencadena una cascada de electrones, iones y átomos energizados. Estas partículas altamente reactivas chocan con la superficie del plástico, lo que provoca cambios estructurales en los grupos tensioactivos, la aparición de nuevos grupos o radicales libres y, en última instancia, un proceso de deposición. Esta doble modificación química y física de la superficie del polímero introduce polaridad, lo que permite que los grupos polares recién adquiridos formen fuertes enlaces con los componentes polares del aglutinante de la tinta, mejorando así notablemente la adhesión de la tinta.
(4) Método de tratamiento químico y con disolventes.
Empleando métodos de tratamiento químico y con disolventes, la superficie del plástico se oxida con un agente oxidante. Esta reacción de oxidación provoca la generación de grupos hidrófilos y otros restos funcionales en la superficie de la película plástica, fomentando interacciones con los grupos polares presentes en la tinta. Al aprovechar la oxidación, se refuerza significativamente la adsorción de tinta en la superficie. Para aplicaciones de películas más gruesas, el tratamiento con solventes se convierte en una opción, utilizando tensioactivos o solventes clorados como dicloroetano, pentacloroetano y tricloroetileno. Este enfoque modifica la humectabilidad de la superficie de la película plástica y puede neutralizar los aditivos introducidos durante la fabricación, como plastificantes y antioxidantes. Paralelamente, los métodos de tratamiento químico implican la aplicación de productos químicos específicos, como permanganato de potasio, ácido clorosulfónico y ácido cicloalquilcrómico, directamente sobre la superficie de la película plástica. Este proceso de grabado químico, a través de la corrosión, mejora la capacidad de la película para humedecerse con tinta, lo que en última instancia mejora la adhesión de la tinta y la calidad general de impresión.
(5) Tratamiento de eliminación de electricidad estática.
La necesidad de eliminar la electricidad estática antes de imprimir en películas plásticas, que son inherentemente buenos aislantes eléctricos propensos a la acumulación de carga estática y a la atracción de polvo, es primordial para optimizar la adhesión de la tinta. La piedra angular de este proceso reside en la aplicación de agentes antiestáticos, principalmente formulaciones a base de silicona o tensioactivos. En el caso de los agentes antiestáticos de silicona, los pasos preparatorios implican eliminar la grasa y la humedad de la superficie utilizando disolventes como metanol o etanol. Posteriormente, el agente se aplica meticulosamente, ya sea mediante brocha, rodillo o inmersión, asegurando una cobertura completa. Este proceso, realizado de manera óptima a temperaturas entre 30 °C y 40 °C o 60 °C a 80 °C durante aproximadamente 3 horas, requiere un secado completo y un período de descanso de 5 horas después de la aplicación para permitir la máxima efectividad antes de comenzar la impresión. Alternativamente, los agentes tensioactivos antiestáticos operan con un mecanismo diferente, mejorando la conductividad y reduciendo la resistencia de la superficie para disipar las cargas estáticas. Sus métodos de aplicación reflejan los de los agentes de silicona, ya sea mediante recubrimiento con rodillo o por inmersión, lo que garantiza un nivel similar de meticulosidad durante el proceso. Ambos enfoques, a través de distintos mecanismos, tienen como objetivo eliminar la electricidad estática y preparar la superficie de la película plástica para una adhesión óptima de la tinta.
Si bien los métodos de tratamiento antes mencionados son ampliamente aplicables a varios tipos de plástico, existen ciertos plásticos inherentemente dotados de grupos polares en sus superficies, como el poliestireno y el cloruro de polivinilo (PVC). Estos materiales, caracterizados por su textura rugosa y densidad relativamente baja, exhiben propiedades únicas que hacen innecesario el tratamiento previo. En consecuencia, pueden ser sometidos directamente a procesos de impresión sin necesidad de modificaciones superficiales previas.
4. Tratamiento con tinta de materiales de sustrato metálico.
Durante las fases de transporte y almacenamiento, los metales están protegidos por una capa protectora de aceite inoxidable y lubricante de proceso. Sin embargo, estos metales, inherentemente reactivos, poseen una tendencia a absorber la humedad atmosférica y el oxígeno tras una exposición prolongada, lo que lleva a la formación de una película de óxido. Esta película de óxido, junto con la capa de aceite inoxidable, presenta una formidable barrera contra la adhesión de la tinta, provocando efectos de repulsión y antihumectación. Por lo tanto, resulta imperativo preparar la superficie del metal mediante un tratamiento adecuado antes del proceso de impresión.
5. Tratamiento de tinta para superficies de vidrio.
El vidrio, compuesto predominantemente de SiO2, exhibe una característica estructural única en la que los átomos de silicio están incrustados dentro de su matriz mientras que los átomos de oxígeno dominan su superficie. Esta configuración resulta en una alta energía superficial, predisponiéndola a interacciones con sustancias externas. Por ejemplo, al exponerse al aire, la superficie del vidrio reacciona con el hidrógeno para generar grupos hidrófilos, en particular restos OH (hidroxilo), que se acumulan en su superficie, dificultando la adhesión de la tinta. Además, la presencia de iones alcalinos, particularmente los que forman enlaces Na-O, en la superficie del vidrio plantea un desafío adicional. Estos enlaces son susceptibles de alterarse en presencia de aire y agua, lo que agrava el problema de la adhesión de la tinta. En consecuencia, los tratamientos superficiales preparatorios son imprescindibles antes de imprimir sobre vidrio. La siguiente sección describe varias metodologías de tratamiento comunes empleadas para este propósito.
(1) Tratamiento lipofílico
El tratamiento lipófilo es un enfoque estratégico que implica la aplicación de agentes acoplantes de silano sobre la superficie del vidrio. Este proceso favorece la formación de grupos lipófilos, mejorando significativamente la afinidad del vidrio hacia la tinta. Una implementación implica recubrir la superficie con una solución del 0.5% al 1% del agente de acoplamiento disuelto en etanol, que, tras la hidrólisis, establece una afinidad sólida. Alternativamente, el agente de acoplamiento se puede mezclar previamente con la tinta en una concentración del 1% al 5%, lo que permite que se difunda espontáneamente sobre la superficie del vidrio después de la impresión.
(2) Tratamiento desengrasante
Este paso se centra en mejorar la humectabilidad eliminando aceites y grasas de la superficie del vidrio. Esto se puede lograr mediante lavado con solventes como acetona o metiletilcetona (MEK) o, alternativamente, empleando vapor de dicloroetileno para un proceso de desengrase eficaz.
(3) Tratamiento con ácido fuerte
Se emplea un tratamiento con ácido fuerte como medio para eliminar los iones alcalinos de la superficie del vidrio. Este método está diseñado para reforzar aún más la adhesión de la tinta, garantizando una calidad de impresión y durabilidad óptimas.
(4) Tratamiento físico
Posteriormente, entran en juego los métodos de tratamiento físico, que utilizan polvo abrasivo fino para un pulido ligero o papel de lija con agua para un pulido con agua. Estas técnicas tienen como objetivo refinar la superficie del vidrio eliminando contaminantes, mejorando así su capacidad para aceptar y adherirse a la tinta.
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