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La classificazione e l'interazione di carta e inchiostro Parte B
L'inchiostro è un colorante utilizzato nella stampa, formulato come sostanza fluida con viscosità specifica. È costituito da particelle di pigmento uniformemente disperse in un mezzo legante.
1. Composizione dell'inchiostro
L'inchiostro è composto principalmente da pigmenti, leganti, riempitivi e additivi.
(1) Pigmento
I pigmenti sono responsabili dello sviluppo del colore nell'inchiostro e influenzano in modo significativo le sue caratteristiche prestazionali. Sono polveri insolubili finemente suddivise-colorate, nere o bianche-che non si dissolvono in acqua o solventi organici. In base all'origine e alla composizione chimica, i pigmenti vengono classificati in due categorie principali: organici e inorganici.
I pigmenti inorganici sono costituiti da ossidi di metalli non-ferrosi o sali metallici insolubili. Questi possono essere ulteriormente suddivisi in pigmenti inorganici naturali e sintetici, i primi derivati da fonti minerali.
I pigmenti organici sono composti organici colorati, classificati anche come naturali o sintetici. Attualmente vengono utilizzati prevalentemente pigmenti organici sintetici per la loro ampia gamma di colori, le eccellenti proprietà cromatiche e le prestazioni superiori rispetto alle controparti inorganiche.
I coloranti sono composti organici solubili che si dissolvono in acqua o in alcuni solventi organici. Precipitati colorati insolubili noti come pigmenti laccati possono essere prodotti trattando coloranti specifici e questi sono adatti per l'uso negli inchiostri da stampa.
La selezione dei pigmenti per gli inchiostri da stampa è soggetta a severi requisiti riguardanti la qualità del colore, la stabilità della dispersione, la resistenza alla luce, la trasparenza e altri attributi. I pigmenti ideali dovrebbero mostrare tonalità vicine ai colori spettrali con elevata saturazione. I pigmenti magenta, ciano e giallo utilizzati nella stampa in tricromia-devono possedere un'elevata trasparenza. Inoltre, tutti i pigmenti devono dimostrare resistenza all’acqua, agli alcali, agli acidi, all’alcol e a vari prodotti chimici. La loro capacità di assorbimento dell'olio dovrebbe rimanere moderata per garantire una compatibilità ottimale con il sistema legante.
(2) Raccoglitore
Il legante costituisce il componente principale dell'inchiostro e serve a disperdere i pigmenti in modo uniforme conferendo allo stesso tempo adesione, comportamento reologico ed efficienza di trasferimento adeguati. Dopo la stampa fissa il pigmento sul supporto attraverso la formazione di una pellicola. Il legante è comunemente indicato come "vernice" o "veicolo per inchiostro".
I leganti possono essere formulati da una varietà di materiali, tra cui oli vegetali essiccati, oli minerali, solventi, acqua e resine sintetiche-che possono tutti servire come componenti di base per diversi sistemi di inchiostri.
Le proprietà reologiche, la viscosità, l'acidità (valore di acidità), il colore, la resistenza all'acqua e le prestazioni di stampa complessive dell'inchiostro dipendono in gran parte dal legante. Variando il tipo di legante, lo stesso pigmento può produrre tipi di inchiostro distinti. Viceversa, utilizzando pigmenti diversi con lo stesso legante si ottengono inchiostri appartenenti alla stessa categoria, in quanto le caratteristiche fondamentali sono dettate dal legante. Pertanto, la qualità dell’inchiostro dipende in modo critico sia dal pigmento che dal legante, dove quest’ultimo gioca un ruolo dominante.
(3) Riempitivo
I riempitivi sono sostanze polverose bianche, trasparenti, semi-trasparenti o opache utilizzate principalmente per occupare volume all'interno della formulazione dell'inchiostro. L'uso strategico dei riempitivi consente di ridurre il consumo di pigmenti, ottimizzare i costi e regolare le proprietà dell'inchiostro come lo spessore e il comportamento del flusso. Inoltre, i riempitivi migliorano la flessibilità nella progettazione della formulazione.
(4) Additivi
Gli additivi sono sostanze ausiliarie incorporate durante la produzione o l'applicazione dell'inchiostro per migliorare caratteristiche prestazionali specifiche. Quando un inchiostro formulato con componenti di base non riesce a soddisfare le specifiche richieste in condizioni mutevoli, vengono introdotte piccole quantità di additivi per colmare le carenze.
Gli additivi comuni includono agenti essiccanti, agenti anti-essiccanti, diluenti, riduttori di viscosità, plastificanti e altri.
2. Classificazione dell'inchiostro
Gli inchiostri possono essere classificati in più modi in base a vari criteri:
(1) Per metodo di stampa
io. In base alla tecnica di stampa: inchiostri per tipografia, offset, calcografia, rotocalco, serigrafia, ecc.
ii. In base al processo di stampa: stampa diretta, stampa indiretta, ecc.
(2) Per substrato
Gli inchiostri sono classificati in base al materiale da stampare, come carta, metallo, plastica, tessuto e altri.
(3) Tramite meccanismo di asciugatura
io. Secondo il principio di essiccazione: essiccazione per penetrazione, polimerizzazione ossidativa, essiccazione per evaporazione, fotopolimerizzazione (polimerizzazione UV), polimerizzazione termica e solidificazione tramite raffreddamento.
ii. Secondo il metodo di asciugatura: essiccazione all'aria, asciugatura all'aria calda, essiccazione a infrarossi, polimerizzazione a raggi ultravioletti e impostazione a freddo.
(4) Per caratteristiche dell'inchiostro
io. Per colore: giallo, rosso, blu, bianco, nero, oro, argento, metallizzato, fluorescente, perlescente, ecc.
ii. Per funzione: inchiostro magnetico, inchiostro di sicurezza (anti-contraffazione), inchiostro commestibile, inchiostro schiumoso, inchiostro aromatico, inchiostro da registrazione, ecc.
iii. Per durabilità: resistente alla luce,-resistente al calore, ai solventi-resistente, all'abrasione-resistente, all'alcool-resistente, resistente agli agenti chimici, ecc.
(5) Per composizione
io. In base alle materie prime: a base di olio essiccante-, a base di resina-olio-, a base di solvente-a base, a base di acqua-, a base di paraffina-a base di glicole etilenico-a base, ecc.
ii. Per forma fisica: inchiostri in pasta (gel), liquidi e in polvere.
(6) Per applicazione
In base all'-uso finale: inchiostro per carta da giornale, inchiostro per libri, inchiostro per imballaggi, inchiostro per materiali da costruzione, inchiostro per marchi, ecc.
3. Proprietà chiave dell'inchiostro
L'inchiostro è un fluido colorato, viscoso, con caratteristiche di flusso controllato, in grado di aderire ai substrati e di subire un'essiccazione dopo la stampa. Le sue proprietà più critiche includono colore, reologia e comportamento all'essiccazione.
(1) Viscosità
La viscosità si riferisce alla resistenza interna di un fluido al flusso, riflettendo le interazioni molecolari che impediscono il movimento relativo. Nella stampa, la viscosità dell'inchiostro influenza il trasferimento dell'inchiostro e interagisce con la struttura della carta. Una viscosità eccessivamente elevata comporta una distribuzione non uniforme dell'inchiostro, la formazione di pelucchi e chiazze della carta; una viscosità eccessivamente bassa può provocare emulsionamento e sporco, compromettendo la qualità di stampa.
La viscosità dell'inchiostro è influenzata dalla viscosità intrinseca del legante, dalla concentrazione di pigmenti e additivi, dalla dimensione delle particelle e dalla qualità della dispersione.
I livelli ottimali di viscosità dipendono dalla velocità di stampa, dalla porosità della carta e dalla temperatura ambiente.
(2) Valore di rendimento
Il valore di snervamento è definito come lo sforzo di taglio minimo richiesto per avviare il flusso in un fluido. Gli inchiostri con valori di resa elevati presentano scarsa fluidità e difficoltà di stesura, mentre quelli con valori di resa bassi tendono a sfumare o produrre punti indistinti.
Questa proprietà è strettamente correlata alla struttura dell'inchiostro ed è un indicatore chiave per valutare le prestazioni degli inchiostri offset e rotocalco.
(3) Tissotropia
La tixotropia descrive il cambiamento reversibile nella consistenza dell'inchiostro quando sottoposto ad agitazione meccanica: l'inchiostro diventa meno viscoso (più sottile) sotto la forza di taglio e riacquista la sua viscosità originale una volta lasciato riposare.
A causa del comportamento tissotropico, l'inchiostro scorre più facilmente sui rulli rotanti, facilitando il trasferimento. Una volta trasferito sul supporto e privo di forze di taglio, si ispessisce nuovamente, prevenendo l'accumulo di punti e garantendo una riproduzione nitida dell'immagine. Tuttavia, un'eccessiva tixotropia ostacola il rilascio dell'inchiostro dal calamaio e interrompe la distribuzione uniforme dell'inchiostro.
(4) Fluidità
La fluidità denota la capacità dell'inchiostro di fluire sotto il proprio peso. Questa proprietà influisce sulla movimentazione, sul pompaggio dal magazzino al calamaio e anche sulla distribuzione su rulli e lastre.
La fluidità è determinata dalla viscosità, dal valore di snervamento, dalla tixotropia e dalla temperatura.
(5) Lunghezza del filamento di inchiostro
La lunghezza del filamento di inchiostro si riferisce alla misura in cui l'inchiostro può allungarsi in filamenti continui senza rompersi. I filamenti corti sono preferiti nella stampa offset e tipografica per ridurre al minimo l'appannamento o l'inchiostro volante. Gli inchiostri con la lunghezza del filamento adeguata producono pellicole di inchiostro dense e uniformi e sono spesso utilizzati come indicatori della qualità delle prestazioni di stampa.
La lunghezza del filamento è correlata alla tixotropia, al valore di snervamento e alla viscosità plastica.
(6) Comportamento all'asciugatura
Dopo la deposizione sul substrato, l'inchiostro passa dallo stato liquido o semi-solido a una pellicola solida-un processo noto come essiccazione. Questa trasformazione avviene attraverso cambiamenti nella fase legante, che possono comportare penetrazione, evaporazione, ossidazione o polimerizzazione.
Differenti formulazioni di inchiostro utilizzano meccanismi di essiccazione distinti a seconda della composizione del legante. Durante il trasferimento sul supporto, parte del legante penetra nella superficie, mentre i solventi evaporano. Allo stesso tempo, le reazioni chimiche aumentano la viscosità e la durezza della pellicola di inchiostro fino a formare uno strato solido e durevole.
Tipicamente:
- Gli inchiostri tipografici si asciugano principalmente per penetrazione;
- Gli inchiostri offset si basano sulla polimerizzazione ossidativa;
- Gli inchiostri per rotocalco, contenenti solventi altamente volatili, si asciugano principalmente attraverso l'evaporazione.
4. Caratteristiche di tipi specifici di inchiostro
(1) Inchiostro tipografico
Gli inchiostri per stampa tipografica includono inchiostri per libri e periodici, inchiostri per macchine da stampa rotative, inchiostri a colori, inchiostri per plastica, inchiostri flessografici (rilievo in gomma), inchiostri a base d'acqua- e inchiostri per giornali.
Gli inchiostri per libri e periodici sono progettati per macchine da stampa a letto piano e sono caratterizzati da viscosità e rendimento moderati. Data la natura porosa delle tipiche carte per libri, questi inchiostri utilizzano meccanismi di asciugatura per penetrazione.
Gli inchiostri tipografici a colori, spesso utilizzati nella stampa su rame, richiedono un'eccellente riproduzione del punto, un'impostazione rapida e resistenza alla diffusione. Solitamente impiegano leganti che polimerizzano attraverso la formazione di una pellicola ossidativa combinata con una penetrazione parziale, garantendo un fissaggio rapido e un buon trasferimento.
Gli inchiostri rotanti per carta da giornale sono formulati per la stampa ad alta-velocità e pertanto richiedono elevata fluidità e bassa viscosità. Questi inchiostri si asciugano prevalentemente per penetrazione-, basandosi sul rapido assorbimento nei substrati di carta fibrosa.
Gli inchiostri rotanti per libri e periodici vengono utilizzati a velocità intermedie tra le macchine da stampa a superficie piana e quelle per carta da giornale. Per evitare problemi quali scarsa asciugatura, formazione di polvere e sbavature durante la stampa su carta patinata, vengono utilizzati inchiostri termoindurenti. Durante la stampa, l'inchiostro viene riscaldato a 200–250 gradi, volatilizzando i solventi e consentendo un'adesione immediata.
(2) Inchiostro offset
Gli inchiostri offset comprendono inchiostri offset-per uso generale, inchiostri di banda stagnata, inchiostri di banda stagnata fotosensibile, inchiostri collotipici e inchiostri termoindurenti.
Una caratteristica chiave degli inchiostri offset è l'elevata forza colorante, necessaria perché la stampa offset produce pellicole di inchiostro sottili grazie al suo meccanismo di trasferimento indiretto. Con l'aumento della velocità di stampa, sono essenziali una buona fluidità e una rapida essiccazione. Inoltre, gli inchiostri offset devono presentare una forte resistenza all'acqua grazie al sistema di bagnatura utilizzato nella litografia offset. I pigmenti devono resistere alla dissoluzione o alla migrazione in acqua e i leganti devono evitare l'emulsificazione idrofila, che potrebbe compromettere il trasferimento e l'asciugatura dell'inchiostro. I leganti a base di resina- offrono generalmente una migliore resistenza all'acqua rispetto alle alternative a base di olio-.
(3) Inchiostro per rotocalco
Gli inchiostri per rotocalco includono inchiostri per fotoincisione, inchiostri per intaglio incisi e inchiostri per pellicole di plastica.
L'inchiostro per fotoincisione è un tipico esempio di inchiostro volatile-a essiccazione, che mostra la viscosità più bassa tra tutti i tipi di inchiostro. La sua bassa tensione superficiale e l'elevata fluidità consentono il riempimento completo delle celle incassate sul cilindro rotocalco. La forte adesione garantisce un trasferimento efficiente dell'inchiostro dalla cella al substrato, seguito da un'asciugatura rapida e completa.
L'inchiostro inciso è denso ma non- appiccicoso, con una consistenza sciolta e corta e un'adeguata tissotropia. Deve riempire facilmente le celle incise, essere rimosso in modo pulito dalle aree non-dell'immagine e trasferirsi efficacemente sul substrato. Dopo la stampa, l'inchiostro dovrebbe conservare dettagli nitidi senza ingrossamento del punto e asciugarsi rapidamente. A causa della sua applicazione nella stampa di sicurezza (ad esempio, banconote), questo inchiostro richiede pigmenti con eccezionale resistenza alla luce, resistenza all'acqua, resistenza al calore e resistenza all'olio. Spesso vengono inclusi additivi speciali per scoraggiare la contraffazione.
(4) Inchiostro per serigrafia
Gli inchiostri per serigrafia includono inchiostri serigrafici standard, inchiostri per plastica, inchiostri di trasferimento a base di olio- e inchiostri di trasferimento a base di acqua-.
Poiché la serigrafia prevede l'applicazione dell'inchiostro attraverso una rete utilizzando una spatola sotto pressione, con conseguenti depositi spessi, l'inchiostro deve avere una consistenza densa, corta e friabile con un'adesione minima. La concentrazione del pigmento può essere ridotta per facilitare il passaggio attraverso le maglie fini.
Per gli inchiostri serigrafici ad ossidazione-, è auspicabile una rapida asciugatura post-stampa. I tipi di essiccazione per evaporazione-spesso richiedono un'asciugatura-assistita dal calore per accelerare la rimozione del solvente.
Gli inchiostri transfer presentano tipicamente una bassa fluidità e viscosità e si basano principalmente sull'essiccazione per penetrazione.
(5) Inchiostri funzionali
Gli inchiostri microincapsulati contengono materiali funzionali racchiusi in microcapsule e dispersi in un idoneo legante. La stampa non rompe le capsule, preservandone la funzionalità fino all'attivazione. Gli esempi includono:
- Inchiostri a cristalli liquidi, il cui colore cambia con la temperatura o la pressione, utilizzati in termometri e display elettronici;
- Inchiostri aromatici, che incapsulano le fragranze rilasciate alla rottura della capsula;
- Inchiostri schiumogeni, che incorporano agenti schiumogeni che si espandono quando riscaldati, utilizzati nella stampa Braille e nella grafica strutturata.
Gli inchiostri metallici, come gli inchiostri oro e argento, sostituiscono le polveri metalliche (ad esempio scaglie di ottone o alluminio) ai pigmenti convenzionali. Queste polveri vengono mescolate all'inchiostro poco prima della stampa per mantenere lucentezza e prestazioni.
Gli inchiostri fluorescenti utilizzano pigmenti fluorescenti realizzati disperdendo coloranti fluorescenti in resine sintetiche. Producono effetti vividi e accattivanti-e sono ampiamente utilizzati nella pubblicità, negli imballaggi e nelle mostre. Tuttavia, hanno particelle grossolane e una resistenza alla luce limitata, raggiungendo la massima brillantezza sotto l'illuminazione ultravioletta.
L'inchiostro magnetico contiene particelle magnetiche di ossido di ferro. Controllando le proprietà magnetiche, i caratteri stampati con questo inchiostro possono essere letti da apparecchiature di rilevamento specializzate. È comunemente usato per codificare informazioni su carte di credito e assegni.
Gli inchiostri di sicurezza (anti-contraffazione) vengono utilizzati nella stampa di documenti di valore e devono mostrare un'eccezionale resistenza alla luce, al calore, all'acqua e all'olio. Alcune varianti incorporano composti che reagiscono a stimoli specifici (ad esempio, luce UV, solventi), consentendo la verifica o rivelando manomissioni. Altri tipi includono inchiostri a scomparsa, inchiostri-cambianti colore e inchiostri termocromici.
Ulteriori inchiostri funzionali includono inchiostri sensibili ai gas-(cambiamento di colore in seguito all'esposizione ai gas), inchiostri termocromici (sensibili alla temperatura-), inchiostri fotocromatici (sviluppo di colore-attivato dalla luce), inchiostri commestibili (per l'etichettatura degli alimenti) e inchiostri ad accensione (utilizzati sulle superfici che colpiscono le scatole di fiammiferi).
