Il fenomeno che inchiostro di stampa aderisce alla superficie del supporto di stampa è un fenomeno di adsorbimento. Di solito lo rendiamo un fenomeno interfacciale. Riguarda l'adesione di atomi e molecole di una sostanza sulla superficie di un'altra. Esiste un altro fenomeno simile chiamato “assorbimento”, anch'esso è un fenomeno interfacciale. Il processo prevede la permeazione uniforme di atomi e molecole di una sostanza attraverso l'interfaccia, consentendo loro di penetrare negli spazi interni tra gli atomi o le molecole di un'altra sostanza. Quando sia l'adsorbimento che l'assorbimento avvengono simultaneamente, il termine "adesione" viene utilizzato per descrivere questo fenomeno. La forza di adesione, detta anche adesione, denota la forza con cui l'inchiostro aderisce alla superficie di stampa. Per migliorare questa adesione, è necessario dare priorità a due aspetti principali: l'idoneità dell'inchiostro per la stampa e la stampabilità del materiale del substrato.
1. Stampabilità dell'inchiostro
1.Il ruolo fondamentale della resina nelle formulazioni dell'inchiostro è sottolineato dalla sua compatibilità con il substrato, essendo un componente fondamentale del veicolo dell'inchiostro che influisce direttamente sulla forza di adesione. Nella pratica standard, la scelta dell'inchiostro per substrati metallici richiede l'uso della resina epossidica come legante, a causa dei suoi gruppi epossidici e della natura reattiva che favoriscono una solida adesione dopo la reticolazione. Al contrario, per la plastica in polietilene, la resina legante dovrebbe rispecchiare il materiale del substrato, utilizzando il polietilene per una stampabilità ottimale. Allo stesso modo, il polipropilene funge da legante appropriato quando si stampa su substrati di polipropilene, poiché condividono polarità e pesi molecolari comparabili. Per i materiali poliuretanici, l'adozione della resina poliuretanica come legante garantisce che lo strato di pellicola di inchiostro possieda eccezionale durata, resistenza all'usura e qualità di adesione durante la stampa.
2. Una stampa efficace su un substrato richiede una stretta corrispondenza dei parametri di solubilità tra il solvente della resina e i componenti del substrato all'interno dell'inchiostro. Quando questi parametri si allineano, il solvente esercita un effetto rigonfiante sulla superficie del substrato, facilitando l'attraversamento della resina attraverso l'interfaccia e la penetrazione all'interno del substrato. Questo processo alla fine porta alla formazione di un'adesione forte e duratura tra l'inchiostro e il substrato.
3.Aggiunta di additivi idonei.
Per rafforzare l'adesione, è fondamentale incorporare promotori di adesione adeguati. Questi promotori funzionano come agenti di accoppiamento, ottimizzando il legame tra la resina nell'inchiostro e il materiale del substrato polimerico, aumentando in definitiva le capacità di adesione dell'inchiostro.
Inoltre, l’inclusione di agenti reticolanti gioca un ruolo fondamentale nel rafforzare l’adesione. Creando legami incrociati all'interno dell'adesivo, questi agenti non solo abbassano la temperatura di formazione del film ma migliorano anche significativamente l'adesione dell'inchiostro. Inoltre, migliorano la durezza della pellicola di inchiostro, la resistenza all'acqua, la resistenza ai solventi e la velocità di asciugatura, contribuendo a prestazioni complessivamente superiori.
2. Trattamento superficiale dei substrati per inchiostri
Trattamento di materie plastiche e film plastici. Le diverse strutture molecolari, densità, cristallinità e composizioni dei gruppi polari superficiali della plastica e dei film plastici portano a variazioni sostanziali nelle loro proprietà, anche all'interno dello stesso tipo di plastica, dove le densità possono estendersi in un ampio intervallo. Questi fattori, uniti alla levigatezza della superficie indotta dalla produzione e all'incorporazione di stabilizzanti che conferiscono resistenza acido-base e proprietà antiossidanti, spesso determinano scarse capacità di assorbimento dell'inchiostro. Di conseguenza, l'adesione e la resistenza all'usura dello strato di inchiostro stampato vengono influenzate in modo significativo, rendendo necessario un trattamento superficiale prima della stampa. La pietra angolare di questo trattamento prevede l'alterazione della polarità della superficie plastica, trasformando superfici tipicamente non polari in superfici che possiedono gruppi polari in grado di legarsi con i gruppi polari presenti nel legante dell'inchiostro. Questa trasformazione favorisce una robusta adesione dell'inchiostro alla superficie plastica.
3. Metodi comuni di trattamento superficiale dell'inchiostro per la plastica
(1) Trattamento effetto corona
Il trattamento con scarica corona utilizza un dispositivo strutturato con un motore a corrente alternata ad alta tensione, un trasformatore di uscita e una coppia di elettrodi. Mentre la pellicola di plastica attraversa lo stretto spazio tra questi elettrodi, un’alta tensione innesca la ionizzazione dell’ossigeno atmosferico, producendo ozono. Questo processo energizza la superficie della pellicola, avviando una scarica corona che provoca l'emergere di gruppi polari. Di conseguenza, la polarità molecolare si intensifica, elevando la tensione superficiale. Allo stesso tempo, il trattamento elimina la polvere e crea microscopiche rientranze impercettibili all'occhio umano, irruvidendo di fatto la superficie. Questa trasformazione rafforza la capacità del substrato di assorbire l'inchiostro, rendendo il trattamento con scarica corona un metodo prevalente ed efficace nelle pratiche attuali.
(2) Metodo di trattamento alla fiamma
Il metodo di trattamento alla fiamma funziona secondo il principio della rapida esposizione del film plastico ad una fiamma ossidante. Questo rapido passaggio attraverso la fiamma elimina le imperfezioni microscopiche, eliminando bave invisibili, migliorando notevolmente l'adesione dell'inchiostro alla superficie. L'essenza di questa tecnica sta nella parola “swift”, poiché ogni ritardo rischia di “bruciare” la superficie, il che può diminuire l'adesione dell'inchiostro e provocare il distacco sia del film di ossido trattato a fiamma che dello strato di inchiostro. Pertanto, la temperatura del trattamento deve essere mantenuta meticolosamente al di sotto della soglia di deformazione termica del film plastico per garantire risultati ottimali.
(3) Trattamento al plasma
Il trattamento al plasma sfrutta la potenza di intensi campi elettrici, alte temperature ed energia laser per strappare gli elettroni da atomi o molecole neutre, trasformandoli in ioni, uno stato in cui le cariche positive e negative sono in equilibrio, da cui il termine plasma. Un generatore RF alimenta questo processo emettendo energia laser ad alte tensioni, avviando una caratteristica scarica luminescente che ionizza i gas circostanti, liberando una cascata di elettroni, ioni e atomi energizzati. Queste particelle altamente reattive entrano in collisione con la superficie plastica, provocando cambiamenti strutturali nei gruppi tensioattivi, l'emergere di nuovi gruppi o radicali liberi e, infine, un processo di deposizione. Questa doppia modifica chimica e fisica della superficie polimerica introduce polarità, consentendo ai gruppi polari appena acquisiti di formare forti legami con i componenti polari del legante dell'inchiostro, migliorando così notevolmente l'adesione dell'inchiostro.
(4) Metodo di trattamento chimico e solvente
Utilizzando metodi di trattamento chimico e con solventi, la superficie plastica subisce un'ossidazione con un agente ossidante. Questa reazione di ossidazione provoca la generazione di gruppi idrofili e altre porzioni funzionali sulla superficie della pellicola plastica, favorendo le interazioni con i gruppi polari presenti nell'inchiostro. Sfruttando l'ossidazione, l'assorbimento dell'inchiostro sulla superficie viene notevolmente rafforzato. Per applicazioni su film più spessi, il trattamento con solventi diventa un'opzione, utilizzando tensioattivi o solventi clorurati come dicloroetano, pentacloroetano e tricloroetilene. Questo approccio modifica la bagnabilità della superficie del film plastico e può neutralizzare gli additivi introdotti durante la produzione, come plastificanti e antiossidanti. Parallelamente, i metodi di trattamento chimico prevedono l'applicazione di sostanze chimiche specifiche, come il permanganato di potassio, l'acido clorosolfonico e l'acido cicloalchilcromico, direttamente sulla superficie della pellicola plastica. Questo processo di incisione chimica, attraverso la corrosione, migliora la capacità della pellicola di bagnarsi con l'inchiostro, migliorando in definitiva l'adesione dell'inchiostro e la qualità di stampa complessiva.
(5) Trattamento di eliminazione dell'elettricità statica
La necessità di eliminare l'elettricità statica prima della stampa su pellicole di plastica, che sono intrinsecamente buoni isolanti elettrici soggetti all'accumulo di carica statica e all'attrazione della polvere, è fondamentale per ottimizzare l'adesione dell'inchiostro. La pietra angolare di questo processo risiede nell'applicazione di agenti antistatici, principalmente formulazioni a base di silicone o tensioattivi. Nel caso degli agenti antistatici siliconici, le fasi preparatorie prevedono la liberazione della superficie da grasso e umidità utilizzando solventi come metanolo o etanolo. Successivamente, l'agente viene applicato meticolosamente, tramite pennello, rullo o immersione, garantendo una copertura completa. Questo processo, condotto in modo ottimale a temperature comprese tra 30°C e 40°C o tra 60°C e 80°C per circa 3 ore, richiede un'asciugatura completa e un periodo di riposo di 5 ore dopo l'applicazione per consentire la massima efficacia prima di iniziare la stampa. In alternativa, gli agenti tensioattivi antistatici operano secondo un meccanismo diverso, migliorando la conduttività e riducendo la resistenza superficiale per dissipare le cariche statiche. I loro metodi di applicazione rispecchiano quelli degli agenti siliconici, prevedendo il rivestimento a rullo o l'immersione, garantendo un livello simile di meticolosità durante il processo. Entrambi gli approcci, attraverso meccanismi distinti, mirano a eliminare l’elettricità statica e a preparare la superficie della pellicola plastica per un’adesione ottimale dell’inchiostro.
Sebbene i metodi di trattamento sopra menzionati siano ampiamente applicabili a vari tipi di plastica, esistono alcune plastiche intrinsecamente dotate di gruppi polari sulle loro superfici, come il polistirene e il cloruro di polivinile (PVC). Questi materiali, caratterizzati dalla loro struttura ruvida e dalla densità relativamente bassa, presentano proprietà uniche che rendono superfluo il pretrattamento. Di conseguenza possono essere sottoposti direttamente a processi di stampa senza la necessità di previe modifiche superficiali.
4. Trattamento con inchiostro di materiali di supporto metallici
Durante le fasi di trasporto e stoccaggio i metalli sono salvaguardati da un rivestimento protettivo di olio antiruggine e lubrificante di processo. Tuttavia, questi metalli, intrinsecamente reattivi, possiedono la tendenza ad assorbire l'umidità atmosferica e l'ossigeno in caso di esposizione prolungata, portando alla formazione di una pellicola di ossido. Questo film di ossido, accoppiato allo strato di olio antiruggine, presenta una formidabile barriera contro l'adesione dell'inchiostro, provocando effetti di repulsione ed antibagnante. Diventa quindi imperativo preparare la superficie metallica attraverso un opportuno trattamento prima del processo di stampa.
5. Trattamento dell'inchiostro per la superficie del vetro
Il vetro, composto prevalentemente da SiO2, presenta una caratteristica strutturale unica in cui gli atomi di silicio sono incorporati nella sua matrice mentre gli atomi di ossigeno dominano la sua superficie. Questa configurazione determina un'elevata energia superficiale, predisponendolo alle interazioni con sostanze esterne. Ad esempio, dopo l'esposizione all'aria, la superficie del vetro reagisce con l'idrogeno per generare gruppi idrofili, in particolare gruppi OH (idrossilici), che si accumulano sulla sua superficie, ostacolando l'adesione dell'inchiostro. Inoltre, la presenza di ioni alcalini, in particolare quelli che formano legami Na-O, sulla superficie del vetro rappresenta un’ulteriore sfida. Questi legami sono suscettibili di rottura in presenza di aria e acqua, esacerbando il problema dell'adesione dell'inchiostro. Di conseguenza, i trattamenti superficiali preparatori sono indispensabili prima della stampa su vetro. La sezione successiva delinea diverse metodologie di trattamento comuni utilizzate a questo scopo.
(1) Trattamento lipofilo
Il trattamento lipofilo è un approccio strategico che prevede l'applicazione di agenti di accoppiamento silano sulla superficie del vetro. Questo processo favorisce la formazione di gruppi lipofili, migliorando sensibilmente l'affinità del vetro nei confronti dell'inchiostro. Un'implementazione prevede il rivestimento della superficie con una soluzione dallo 0.5% all'1% dell'agente di accoppiamento disciolto in etanolo, che, dopo l'idrolisi, stabilisce una robusta affinità. In alternativa, l'agente legante può essere premiscelato nell'inchiostro a una concentrazione compresa tra l'1% e il 5%, consentendogli di diffondersi spontaneamente sulla superficie del vetro dopo la stampa.
(2) Trattamento sgrassante
Questo passaggio si concentra sul miglioramento della bagnabilità eliminando oli e grassi dalla superficie del vetro. Ciò può essere ottenuto tramite lavaggio con solventi come acetone o metiletilchetone (MEK) o, in alternativa, utilizzando vapori di dicloroetilene per un efficace processo di sgrassaggio.
(3) Trattamento con acido forte
Il trattamento con acido forte viene utilizzato come mezzo per eliminare gli ioni alcalini dalla superficie del vetro. Questo metodo è progettato per rafforzare ulteriormente l'adesione dell'inchiostro, garantendo qualità di stampa e durata ottimali.
(4) Trattamento fisico
Successivamente entrano in gioco i metodi di trattamento fisico, utilizzando polvere abrasiva fine per la sabbiatura leggera o carta vetrata ad acqua per la molatura ad acqua. Queste tecniche mirano a rifinire la superficie del vetro rimuovendo i contaminanti, migliorando così la sua capacità di accettare e aderire all'inchiostro.
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