La tendenza allo sviluppo dell'inchiostro da stampa a getto d'inchiostro ibrido

A getto d'inchiostro industriale, Inchiostri UV e alcuni dei loro limiti, il getto d'inchiostro a base d'acqua sta vivendo un rinascimento. Quando si tratta delle applicazioni più esigenti, è una sfida per gli inchiostri a base d'acqua raggiungere le prestazioni di resistenza richieste senza il rischio a lungo termine di bloccare la testina. È qui che l'inchiostro misto offre una potenziale soluzione.

Cosa significa ibrido?

Il termine “miscela” è comunemente usato quando gli inchiostri non sono facilmente classificabili dai tradizionali “piattaforma” categorie di UV, olio, adesivo a base acqua o hot melt, spesso nei casi in cui il progettista della formula combina deliberatamente le due tecniche. L’obiettivo è combinare il meglio di ciascun approccio per risolvere un particolare problema. Considera la cavalleria Centauri della mitologia greca, che combinava la velocità di un cavallo con l'istinto combattivo di un essere umano, piuttosto che una cavalleria.

L’equivalente metaforico della stampa del cavaliere è quello che richiede l’applicazione di due tecniche per risolvere un problema, come l’uso della vernice UV per stampa flessografica per coprire gli inchiostri a getto d’inchiostro a base acqua utilizzati per la stampa di etichette. In alcuni casi, questo potrebbe essere l'approccio migliore, soprattutto se il design della stampante lo consente, ma quando è richiesto un singolo strato, combinare le funzioni di entrambi i fluidi in un unico prodotto può essere vantaggioso.

Luce ultravioletta trasportata dall'acqua

Probabilmente il metodo di miscelazione più comune è l’inchiostro UV a base d’acqua, o AQ-UV. Inchiostri aq-uv, anche se concettualmente non sconosciuto, sono stati divulgati in brevetti dall’inizio degli anni 2000, ma sono stati oggetto di ricerche approfondite e considerevoli nel corso del passato 10 anni. Ciò è molto probabilmente dovuto al gran numero di testine di stampa danneggiate dai primi prototipi di inchiostri contenenti resine autoreticolanti convenzionali. Oggi, aziende come Konica Minolta, Sole chimico, Agfa, Fujifilm, Tiger Coatings ed EFI detengono brevetti su tutto, dai tessuti e gli imballaggi alle finiture metalliche.

Il più grande vantaggio dell'inchiostro AQ-UV è che “solido” il contenuto del componente curabile è ora notevolmente ridotto, e la pellicola di inchiostro induribile finale è quindi più sottile. In funzione della copertura, la lucentezza della stampa appare più uniforme, soprattutto per i colori scuri. Anche l'etichettatura può essere migliore, sebbene questo sia sensibile alla chimica precisa utilizzata.

Il problema è che molti dei materiali comunemente utilizzati per produrre gli inchiostri UV sono semplicemente insolubili in acqua. Questo vale per la maggior parte dei monomeri UV e per quasi tutti i fotoiniziatori. Così, dal punto di vista della preparazione dell'inchiostro, l'approccio più semplice consiste nel selezionare da un elenco più ristretto di materiali solubili e semplicemente mescolarli insieme per produrre inchiostro. Il problema è che se il film non è completamente reticolato, la resistenza all'acqua del film risultante sarà sacrificata da questa solubilità, perdendo così parzialmente il beneficio atteso dalla porzione UV della miscela.

Di conseguenza, i metodi più comuni e di successo tendono a utilizzare polimeri reattivi come “poliuretano acrilico” come dispersioni di resina, talvolta in combinazione con emulsioni di fotoiniziatori ed eventualmente piccole quantità di monomeri solubili.

Il significato di artigianato e design

Nella maggior parte dei casi, il materiale reattivo solidifica solo dopo che l'acqua si è asciugata, permettendo alle particelle del polimero di avvicinarsi abbastanza per reagire. Ciò significa che l'essiccazione/essiccazione è un processo in due fasi e il design della stampante deve essere adattato alle caratteristiche di ciascun inchiostro.

Nelle applicazioni di scansione, l'essiccatore a infrarossi può essere posizionato sul telaio, sostituendo così la lampada standard nella stampante UV, come nella grande stampante HP Latex. Le aste di polimerizzazione a bassa potenza possono essere installate nella direzione di alimentazione del substrato. Ciò è mostrato graficamente nella figura seguente, ecco come funziona la stampante Mimaki utilizzando solvente UV.

Ciò limita ancora una volta il numero di fotoiniziatori idrosolubili adatti per sorgenti luminose LED a bassa intensità, quindi se è necessaria una sorgente di lampada al mercurio ad intensità più elevata, si può prendere in considerazione anche un secondo supporto per la polimerizzazione UV. Il design potrebbe assomigliare un po' a una stampante Canon Colorado, utilizzando due binari di scansione, uno con testa/IR e l'altro con lampada UV.

In una stampante a passaggio singolo, è inevitabilmente necessario più spazio per garantire l'asciugatura, ed è noto che ciò dipenderà dal substrato/temperatura. Tuttavia, perché la polimerizzazione UV finale sarà istantanea, può essere posizionato prima della fusione del supporto e quindi non necessariamente aumenta la zona di copertura. Il diagramma seguente illustra come si possono prevedere diversi scenari di appuntatura e asciugatura.
Altri esempi di miscelazione UV

Abbiamo appena menzionato il solvente UV, che è stato brevettato da Fujifilm/Sericol. In questo caso, un polimero polimerizzabile sostituisce una resina legante che altrimenti sarebbe un inchiostro a base solvente abbastanza standard per la grafica di grande formato. Di conseguenza, prestazioni di utilizzo finale, soprattutto solidità all'acqua, può essere esteso. INX ha anche una domanda di brevetto per UV a base solvente, in questo caso, per la stampa di lattine di alluminio.

Un altro ibrido UV frequente è Hotmelt-UV. Non abbiamo pubblicato in dettaglio gli inchiostri hot melt poiché li abbiamo menzionati nella nostra serie di produzione inkjet, ma questi inchiostri a cambiamento di fase (a volte chiamato “inchiostri solidi”) hanno trovato una nicchia come maschere anti-incisione nelle applicazioni di produzione (come le celle solari). Il loro limite principale, Tuttavia, è che le cere con punto di fusione relativamente basso di questi tipi di inchiostri tendono a comportare tempi di incisione limitati se esposti a fastidiosi prodotti chimici di incisione.

Aggiungendo materiali polimerizzabili ai raggi UV alla formulazione, la resistenza degli inchiostri a base di cera può essere notevolmente migliorata, e con la giusta scelta dei materiali, l'inchiostro può ancora essere rimosso con sviluppatori alcalini standard del settore.

Mentre l'inchiostro gel della stampante Colorado sopra menzionata è di per sé un po' come un UV hot-melt, non è cera che diventa solida a temperatura ambiente, ma provoca piuttosto un aumento significativo della viscosità.

Sono stati proposti numerosi altri inchiostri ibridi particolarmente interessanti per le applicazioni di stampa 3D, la più affascinante incontrata dagli autori è stata un'emulsione acquosa in una matrice UV che forma un idrogel dopo la polimerizzazione per simulare il tessuto umano per la formazione medica, come mostrato nel disegno del brevetto qui sotto.

Oltre la luce ultravioletta

Come discusso nel nostro precedente articolo, alcune delle stesse tecniche sono state proposte per gli UV a base d'acqua per polimerizzare i fasci di elettroni. In questo caso, la logica è simile: per eliminare la possibilità di migrazione di fotoiniziatori dannosi. Tali tecniche sono state utilizzate nella stampa flessografica, quindi ci sono dei precedenti, ma gli inchiostri a getto d'inchiostro sono molto meno viscosi, quindi è molto meno probabile che l'inchiostro coli durante la stampa da bagnato a bagnato. Sun Chemical ha proposto di superare tali problemi negli inchiostri UV non miscelati utilizzando piccole quantità di iniziatori meno dannosi. Forse “AQ-EB/UV” si potrebbe anche usare l'inchiostro?

Quindi l’ibrido è il meglio dei due mondi? BENE, non sempre a causa di sfide solubili in acqua, Per esempio, ma può certamente consentire alcune applicazioni uniche!