Nel vasto campo della stampa e dell'imballaggio, l'inchiostro svolge indubbiamente un ruolo cruciale ed è uno dei materiali fondamentali dell'industria della stampa. È composto da un'accurata miscela di leganti, pigmenti (tra cui pigmenti, coloranti, ecc.), cariche, additivi e altre sostanze.
Esistono diversi tipi di inchiostro, che possono essere suddivisi in base al metodo di stampa in inchiostri offset (litografici), inchiostri rotocalco, inchiostri tipografici, inchiostri flessografici, inchiostri serigrafici, inchiostri tampografici e inchiostri a getto d'inchiostro. Dal punto di vista del substrato, possono essere suddivisi in inchiostri per carta, inchiostri per plastica, inchiostri per metallo, inchiostri per vetro, inchiostri per ceramica e inchiostri per stampa tessile. In termini di metodi di essiccazione, esistono inchiostri a essiccazione volatile, inchiostri a essiccazione osmotica, inchiostri a essiccazione ossidativa, inchiostri a essiccazione termica, inchiostri a essiccazione luminosa e inchiostri a essiccazione a fascio elettronico. Inoltre, esistono inchiostri per anticontraffazione e per scopi speciali, come gli inchiostri fotosensibili, gli inchiostri termici, gli inchiostri sensibili alla pressione, gli inchiostri schiumogeni, gli inchiostri profumati, gli inchiostri conduttivi, gli inchiostri magnetici, gli inchiostri a cristalli liquidi, gli inchiostri a getto d'inchiostro e gli inchiostri a microcapsule, ognuno con i propri vantaggi.
I metodi rappresentativi di essiccazione dell'inchiostro utilizzati nel processo di stampa variano a seconda del tipo di stampa e comprendono principalmente l'essiccazione per evaporazione, l'essiccazione per osmosi, l'essiccazione per polimerizzazione ossidativa, la polimerizzazione a caldo e la polimerizzazione UV/EB.
L'essiccazione per evaporazione, ad esempio, funziona riscaldando per far evaporare il solvente o l'umidità dell'inchiostro per ottenere l'essiccazione. Gli inchiostri a base di solventi contengono COV e hanno un impatto negativo sull'ambiente. Ad esempio, i solventi a base d'acqua o gli inchiostri con solventi ad alto punto di ebollizione richiedono spesso grandi forni per l'essiccazione, con un inevitabile consumo di energia. Dopo l'essiccazione, la pellicola di inchiostro è semplicemente l'ingrediente solido dell'inchiostro attaccato al substrato e la sua resistenza dipende in larga misura dalla resistenza del materiale collegato. Guardando indietro nella storia, agli albori dell'industria della stampa, prima che si risvegliasse la consapevolezza ambientale, gli inchiostri a base di solventi erano ampiamente utilizzati grazie ai loro vantaggi, come la velocità di asciugatura. Tuttavia, con l'aumento dei requisiti di protezione ambientale, i loro svantaggi sono diventati gradualmente più evidenti.
L'essiccazione osmotica prevede che il solvente e l'acqua dell'inchiostro permeino nel materiale del substrato, mentre i componenti solidi come la resina e il pigmento aderiscono alla superficie del substrato per completare il processo di essiccazione. Questo tipo di inchiostro è ampiamente utilizzato per la stampa su materiali assorbenti porosi come la carta, ad esempio per la stampa di giornali, e presenta i vantaggi di tempi di essiccazione brevi e di non richiedere attrezzature di essiccazione speciali. Tuttavia, è inutile per i materiali non permeabili come la plastica. Nel caso pratico della stampa di giornali a colori, è necessario garantire che l'inchiostro si asciughi rapidamente e che il colore non venga distorto dopo la stampa sulla carta, il che richiede elevate proprietà di asciugatura penetrante dell'inchiostro.
Gli inchiostri a polimerizzazione ossidativa utilizzano olio di lino, olio di soia e altri oli contenenti doppi legami come leganti e si affidano alla reazione di polimerizzazione ossidativa dell'ossigeno presente nell'aria per ottenere l'essiccazione. Simile all'essiccazione osmotica, sebbene non richieda attrezzature speciali per l'essiccazione e non consumi energia, il processo di essiccazione richiede un certo tempo e non può passare immediatamente al processo successivo. Nella stampa tradizionale dei libri, questo tipo di inchiostro veniva utilizzato in passato in grandi quantità, ma l'operazione di spruzzatura della polvere effettuata per evitare che lo sporco aderisca al dorso può causare problemi ambientali, il che ha spinto l'industria a cercare alternative più ecologiche.
Gli inchiostri termoindurenti utilizzano come leganti resine termoindurenti reticolate come le resine epossidiche, le resine poliuretaniche e le resine amminiche, che vengono combinate con un agente termoindurente per formare un sistema bicomponente. Vengono miscelati in un rapporto specifico e mescolati prima di essere riscaldati in un tunnel di essiccazione a infrarossi o con aria calda per reticolare termicamente e polimerizzare il film. Sebbene questi inchiostri abbiano proprietà eccellenti, il loro elevato consumo energetico, l'evaporazione del solvente e la loro scarsa compatibilità ambientale hanno portato alla loro graduale sostituzione con inchiostri UV a risparmio energetico e rispettosi dell'ambiente. Come alcune grandi tipografie, alla ricerca di una produzione efficiente e della tutela dell'ambiente, hanno eliminato gradualmente le linee di produzione di inchiostri a polimerizzazione termica e sono passate agli inchiostri UV.
Gli inchiostri a polimerizzazione UV/EB contengono sostanze reattive che vengono polimerizzate dalla luce ultravioletta o dall'irradiazione di fasci di elettroni. Gli inchiostri UV/EB hanno un impatto ambientale minimo in quanto non contengono solventi o altri VOC e possono essere utilizzati su substrati non assorbenti come la plastica. Gli inchiostri UV/EB possono essere polimerizzati istantaneamente, in modo che la fase successiva del processo possa iniziare subito dopo la stampa. Inoltre, non polimerizzano senza esposizione alla luce ultravioletta (UV) o a fascio di elettroni (EB) e quindi non aderiscono alla macchina da stampa. Nel campo della stampa di imballaggi alimentari, ad esempio, le proprietà di polimerizzazione rapida degli inchiostri UV possono evitare efficacemente che l'inchiostro contamini gli alimenti, garantendo la sicurezza alimentare.
Gli inchiostri UV offrono molti vantaggi: in primo luogo, non emettono solventi, il che è ecologico e sicuro; in secondo luogo, sono altamente produttivi, con velocità di stampa di 100-400 m/min, e persino di 1500-3000 m/min per gli inchiostri a fibra ottica, svolgendo un ruolo importante nelle moderne linee di produzione di stampa ad alta velocità; in terzo luogo, polimerizzano rapidamente, consentendo ai materiali stampati di asciugarsi rapidamente e di essere impilati senza contaminarsi l'un l'altro a causa dell'inchiostro che non si asciuga, eliminando la necessità di spolverare e mantenendo l'ambiente della macchina da stampa e dell'officina pulito e privo di inquinamento da polvere. In quarto luogo, l'inchiostro polimerizza immediatamente dopo la stampa, quindi i punti non si espandono e l'inchiostro non penetra nella carta, garantendo una qualità di stampa eccezionale. La saturazione del colore, l'intensità del colore e la chiarezza della stampa sono significativamente migliori rispetto a quelle degli inchiostri ordinari. Quinto, può essere elaborato online, adattandosi perfettamente al modello di produzione in catena di montaggio. In sesto luogo, è adatto alla stampa su substrati sensibili al calore, ampliando la gamma dei materiali di stampa.
Tuttavia, gli inchiostri UV non sono perfetti. Il loro prezzo relativamente elevato limita in una certa misura il loro campo di applicazione. Nelle piccole aziende grafiche, dove il controllo dei costi è rigoroso, il fattore prezzo spesso dissuade dall'utilizzare gli inchiostri UV. Alcune materie prime (diluenti reattivi, fotoiniziatori) hanno un odore, sono tossiche o irritanti per la pelle, il che ha un impatto negativo sull'applicazione della stampa di imballaggi per alimenti, medicinali e prodotti per bambini. Nella stampa di imballaggi per medicinali, se non è possibile garantire la sicurezza delle materie prime dell'inchiostro, ciò può rappresentare una potenziale minaccia per la qualità del farmaco. Inoltre, le caratteristiche di polimerizzazione istantanea degli inchiostri UV possono causare un restringimento del volume, che aumenta lo stress interno dello strato di inchiostro e riduce l'adesione al substrato. Questo fenomeno è più evidente nelle applicazioni di stampa di prodotti come il metallo e può compromettere la durata del materiale stampato. Inoltre, gli inchiostri devono essere conservati al riparo dalla luce e a basse temperature (<30°C) durante il trasporto e lo stoccaggio, il che impone requisiti relativamente severi per le condizioni di conservazione.
Il materiale legante per gli inchiostri UV è costituito da oligomeri, principalmente resine acriliche con proprietà fotopolimerizzanti. Al posto di solventi o oli, vengono utilizzati diluenti reattivi, principalmente poliesteri acrilici con proprietà fotopolimerizzanti. Il catalizzatore è un fotoiniziatore, che può subire una reazione fotochimica sotto la luce ultravioletta per produrre radicali liberi o cationi, che a loro volta avviano la polimerizzazione e la reticolazione degli oligomeri acrilici e dei poliesteri acrilici e, infine, essiccano l'inchiostro.
Se in futuro si riuscirà a sviluppare un nuovo tipo di materiale per inchiostri UV che mantenga i vantaggi della rapidità di polimerizzazione e del rispetto dell'ambiente, risolvendo al contempo problemi quali il prezzo elevato e le materie prime irritanti, l'industria della stampa sarà sicuramente protagonista di una nuova rivoluzione. Questo tipo di inchiostro potrebbe essere ampiamente utilizzato in più campi, promuovendo ulteriormente lo sviluppo della tecnologia di stampa verso una maggiore efficienza, rispetto dell'ambiente e qualità.
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