Conceptos básicos de la tinta
La tinta es un material esencial en la impresión, ya que constituye la sustancia que forma la información textual y gráfica durante el proceso. Determina directamente el tono, el color, la claridad y otros aspectos de las imágenes del producto impreso. Con el avance de la tecnología de impresión, la variedad de tintas sigue creciendo y existen diversos métodos de clasificación.
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Si se clasifican por método de impresión, las tintas suelen dividirse en varias categorías: tintas para impresión offset, tintas para huecograbado , tintas para impresión flexográfica, tintas para serigrafía, tintas digitales, tintas especiales, etc. Si se clasifican por método de secado, las tintas se clasifican generalmente en secado filmógeno, secado por permeación, secado volátil, secado por radiación y otros tipos de secado. Debido a los diferentes tipos y proporciones de aglutinantes presentes en la tinta, el secado suele lograrse mediante una combinación de dos o más formas.
Las tintas utilizadas en productos de película compuesta suelen ser tintas de secado volátil, cuyo aglutinante consiste en resina sólida y una gran cantidad de disolvente volátil de baja viscosidad. La resina sólida se disuelve en el disolvente, dispersando uniformemente el pigmento en el aglutinante. Tras la impresión sobre el sustrato, el disolvente se evapora y seca rápidamente, formando una película. En las máquinas de impresión equipadas con dispositivos de calentamiento y secado, el disolvente se evapora rápidamente, lo que permite la impresión sobre sustratos no absorbentes, como películas de plástico.
Actualmente, las películas plásticas se imprimen comúnmente mediante huecograbado , y en los últimos años algunas han adoptado la impresión flexográfica. Las tintas de huecograbado y flexográficas suelen clasificarse en tintas a base de solventes y tintas a base de agua. Este artículo trata principalmente sobre las tintas de huecograbado y flexográficas.
Propiedades de la tinta:
La tinta para huecograbado es líquida. Durante el huecograbado, la tinta depende de su propia fluidez, adhesión, relleno y recubrimiento sobre los grabados del cilindro. Solo los sistemas con baja viscosidad, es decir, los relativamente fluidos, pueden exhibir estas propiedades. En poco tiempo, la tinta debe llenar los huecos del cilindro. Si la viscosidad es demasiado alta, resulta difícil llenar los huecos y la rasqueta tendrá dificultades para eliminar la tinta de las zonas sin imagen. Por otro lado, si la viscosidad es demasiado baja, la ganancia de punto causada por la presión durante la impresión puede provocar una reproducción deficiente del patrón. Además, en el huecograbado, la rasqueta se utiliza para eliminar la tinta de las zonas sin imagen, haciendo que la tinta restante regrese al tintero original. Incluso la tinta de los grabados necesita contacto repetido con la tinta original. Solo los fluidos con baja viscosidad se pueden eliminar fácilmente y poseen buena redisolubilidad, baja adherencia y bajos valores de rendimiento, adaptándose bien a la impresión en huecograbado.
Composición de la tinta:
Generalmente, las tintas de huecograbado constan de cuatro componentes principales: resina, pigmento, disolvente y aditivos. La selección de la resina suele basarse en el uso previsto de la tinta. Muchas propiedades de la tinta, como la resistencia a la abrasión, el brillo y la adhesión al sustrato, dependen de la resina de la tinta. En cierto sentido, la resina de la tinta determina sus principales propiedades. Entre las resinas más utilizadas se incluyen las siguientes:
Tipos de resina | Solicitud | Características, usos, etc. | |||
Huecograbado | Flexografía | Tinta solvente | Tinta a base de agua | ||
Colofonia y derivados | * | * | * | * | Los ésteres de colofonia multifuncionales modificados con polioles se utilizan ampliamente como resinas auxiliares en diversas tintas solventes. Las sales metálicas de colofonia se utilizan ampliamente como resina principal en tintas para publicaciones. Una vez neutralizadas, pueden utilizarse también en tintas a base de agua. |
Goma laca | * | * | * | * | Resina natural, se puede utilizar en pequeñas cantidades como ayuda para la adhesión. |
Resina alquídica | * | * | - | * | La película de resina es permeable y transpirable, y se encuentra comúnmente en aplicaciones de papel decorativo. |
Nitrocelulosa y derivados de celulosa | * | * | * | - | Excelente resistencia al calor. Ampliamente utilizada como resina dura. Posee excelentes propiedades de dispersión de pigmentos. |
Resina de poliamida | * | * | * | - | Se utiliza para películas de PE y PP. Generalmente se deriva de aceites vegetales como el de tung, el de semilla de algodón y el de soja. Excelente brillo y flexibilidad. |
Caucho clorado | * | - | * | - | Excelente resistencia al calor y alto brillo. Común en las primeras formulaciones de tinta, pero en desuso debido a problemas como el olor y la alta solubilidad. |
Resina de polipropileno clorado | * | - | * | - | Excelente adherencia sobre materiales de polipropileno. |
Resina de acetato de polivinilo clorado | * | - | * | - | Excelente resistencia a los productos químicos. Excelente afinidad pigmentaria. |
Resina de etileno-acetato de vinilo | * | - | * | - | Se utiliza comúnmente en tintas con un 40 % de acetato de vinilo y es muy flexible. En ocasiones, se clora para mejorar la solubilidad y la humectación del pigmento. |
Resina de alcohol (poliéster) | * | * | * | * | Flexible. Generalmente se utiliza como resina auxiliar para ajustar la tenacidad. |
Resina de poliuretano termoplástico | * | * | * | - | Alta flexibilidad de diseño molecular, la resina principal para tintas compuestas de uso general en envases flexibles. También se utiliza en tintas de impresión de superficies, a menudo en combinación con nitrocelulosa. |
Resina acrílica termoplástica | * | * | * | - | Se utiliza habitualmente para etiquetas retráctiles y barnices. |
Dispersión de poliuretano aniónico | * | * | - | * | Excelente adhesión al PET y al nailon, excelente flexibilidad (especialmente a bajas temperaturas). Común en tintas para envases flexibles de alimentos o en algunas aplicaciones de materiales de construcción. |
Resina acrílica de polipropileno aniónico (emulsión) | * | * | - | * | La resina principal para tintas a base de agua, con estructuras moleculares altamente personalizables, generalmente presenta la desventaja de ser térmicamente pegajosa y frágil. Comúnmente, se utiliza una estructura de copolímero de estireno-acrílico, con resinas de estireno de bajo peso molecular para la dispersión de pigmentos y resinas de estireno de alto peso molecular para la unión y fijación. |
Pigmentos
El tono, la concentración, la solidez a la luz, la resistencia a ácidos y álcalis y otras propiedades de la tinta están determinados por los pigmentos. Estos también influyen en la fluidez y el brillo de la tinta. En la siguiente tabla se enumeran las variedades representativas de pigmentos:
Clasificación | Ejemplos típicos de pigmentos | ||
Pigmentos orgánicos | Pigmentos azoicos | pigmento de laca (Sal insoluble) | Rojos disazo como PR48:1, PR48:2, PR48:3, PR49:1, PR53:1, PR57:1, etc. |
Monoazo | Amarillo PY74 y rojos catecol como PR146, PR112, PR170 | ||
Diazo | PY12 Amarillo, PY13 Amarillo, PY14 Amarillo, PY83 Amarillo, PO13 Naranja, PO34 Naranja | ||
Diazo de condensación | PR144 Rojo, PR166 Rojo | ||
ftalocianinas | Azul ftalo 15:3, 15:4, Verdes de ftalocianina de cobre G-7, G-36 | ||
Quinacridonas | Rojo de quinacridona PR122, púrpura PV19 | ||
Pirazoloquinazolinas | Rojo de pirazoloquinazolina PR254 DPP Rojo | ||
Quinolinas | Violeta de quinoleína | ||
Otro | Amarillo de benzimidazolona PY180, Amarillo de isoindolinona PY110, Quinolina PY81 Rojo melocotón, PV3, etc. | ||
Pigmentos inorgánicos | dióxido de titanio | Rutilo, anatasa | |
Negro carbón | Negro de horno, negro de lámpara, negro rápido, negro de canal, etc. | ||
Otro | sulfato de bario, carbonato de calcio, sílice | ||
Pigmentos de efectos especiales | Polvo de plata (aluminio), polvo de oro (cobre y zinc), polvo de perla, que cambia de color | ||
En el producto impreso final, las propiedades de los pigmentos están estrechamente relacionadas con la durabilidad, como la resistencia a la migración en diferentes materiales y contenidos de embalaje, la resistencia al calor, la resistencia química y la fotorresistencia. Una de las preocupaciones más comunes es la fotorresistencia.
Disolventes
En las tintas de huecograbado, el componente más abundante es el disolvente. Generalmente, la elección del tipo de disolvente se basa en la resina seleccionada para la tinta, y se realizan los ajustes necesarios según los posibles problemas que puedan surgir durante su uso.
El disolvente ideal debe ser eficiente, rentable e inocuo. El agua es la opción óptima, ya que reduce significativamente las emisiones de COV, previene la contaminación atmosférica, no es perjudicial para la salud humana y es incombustible. Sin embargo, el agua también presenta varias limitaciones que restringen su uso como disolvente. En los últimos años, se ha avanzado en el uso del agua como disolvente para tintas.
En el sistema industrial actual, debido a su alta eficacia y fácil disponibilidad, los disolventes orgánicos siguen siendo indispensables para tintas de alta calidad. Tras un amplio uso y análisis, estos disolventes incluyen principalmente benceno, cetonas, alcoholes, éteres y refrigerantes. En los últimos años, el uso de benceno y cetonas se ha restringido por motivos de seguridad y salud. Debido a la necesidad de volatilidad, el punto de ebullición de las tintas flexográficas y de huecograbado es más bajo, generalmente entre 70 y 150 °C, mientras que el de las tintas de inyección de tinta es más alto, generalmente entre 150 y 260 °C.
Solvente | Nombre del disolvente | Punto de ebullición *1 a 760 mmHg | Punto de inflamación *1 | Tensión superficial *1 (Din/cm) | Parámetro de solubilidad *2 | Tasa de vaporización *3 |
Agua | 100.0 | - | 72.0 | 23.2 | 40 | |
Hidrocarburos alifáticos | N-heptano O-ciclohexano Metilciclohexano Tolueno Xileno | 68.7 80.719 100.934 110.625 139 ~ 142 | <-23.℃ -17.℃ -1.℃ 4.4.℃ 17~25 °C | 17.9 24,38 (25℃) 23,17 (25℃) 27,92 (25℃) 28~30 | 7.3 8.2 7.8 8.9 8.8 | - - - 205 70 |
Ésteres | acetato de etilo acetato de isopropilo acetato de butilo acetato de butilo acetato de butilo | 77.114 89 101.55 118.0 126.114 | -4℃ 4,44℃ 14,4℃ 17,8℃ 27.℃ | 23,75 22.1 (22 ℃) 24.28 (20 °C) 23,7 (20 °C) 25.09 (20 °C) | 9.1 8.4 8.8 8.3 8.5 | 615 500 276 145 100 |
Cetonas | Acetona Metiletilcetona (MEK) Metilisobutilcetona (MIBK) | 56.12 79.64 115.9 | -17,8℃ -7,2℃ 15,6℃ | 23.7 23,97 (24,8 ℃) 25.4 (25 ℃) | 10.0 9.3 8.4 | 1160 572 160 |
Alcoholes | Metanol Etanol isopropanol N-propanol Isobutanol N-butanol | 64.6 78.3 82.4 97.2 107.9 117.5 | 12.℃ 14.℃ 11,7℃ (27.℃ ) (27,5℃) 35.℃ | 22,55 (20 °C) 22.1 (25 ℃) 21,7 (20 ℃) 23.8 (20 ℃) 23.0 (20 ℃) 24.6 (20 ℃) | 14.5 12.7 11.5 11.9 11.1 11.4 | 200 190 150 100 70 50 |
Polioles | Éter metílico de propilenglicol Éter metílico de dipropilenglicol Éter etílico de dipropilenglicol Éter butílico de dipropilenglicol | 120.0 194.1 202.0 230.4 | (39.℃) (93.℃) (96.℃ ) (93.℃) | 27,1 (20 °C) 34,8 (25 °C) 31,8 (25 °C) 33,6 (25 °C) | 9.5 10.2 9.6 8.9 | 71 <1 <1 <1 |
Tasa de evaporación: Valor determinado en un sistema abierto con acetato de n-butilo establecido en 100. (℃)
*1 Manual de disolventes, sexta edición, de Shozo Asahara (1985)
*2 Manual del usuario de Shell BLENDOPRO 4.0, unidad: [cal/cm;]1/2
*3 Paint Overview 4.ª edición, Comité editorial de Paint Overview (1971)
En este caso, las propiedades del agua parecen muy diferentes a las de otros disolventes. Desde una perspectiva molecular, el peso molecular del agua (H₂O) es de tan solo 18 y presenta una alta polaridad, lo que la convierte en una sustancia muy activa. Sin embargo, existen fuertes enlaces de hidrógeno entre las moléculas de agua, similares a imanes, que agrupan firmemente el agua líquida. De hecho, las moléculas de agua cambian de H₂O a (H₂O), lo que significa que se vuelven más grandes y voluminosas.
Esta es la razón fundamental de las propiedades únicas del agua. En concreto, presenta:
La evaporación requiere una cantidad significativa de absorción de calor: el calor latente de vaporización del agua es de 539 (cal/g), mientras que el del etanol típico es de 204 (cal/g) y el del acetato de butilo es de 74 (cal/g). El calor latente de vaporización del agua es varias veces superior al de otros disolventes de uso común.
El secado es lento: la tasa de evaporación es aproximadamente 1/5 de la del etanol y 2/5 de la del acetato de butilo.
Baja capacidad de humectación: Las aplicaciones en sustratos de baja polaridad enfrentan dificultades significativas y los aditivos para resolver este problema a menudo tienen efectos secundarios y enfrentan restricciones de COV.
Además, el agua tiene poca lubricidad, lo que afecta la idoneidad de la cuchilla rascadora, impactando así la vida útil del rodillo de placa o del rodillo anilox.
Considerando todos estos aspectos en su conjunto, utilizar agua como disolvente es sin duda una tarea desafiante.
Aditivos
Si bien los polvos de pigmento, las resinas y los solventes forman la estructura básica de la tinta, aún es necesario personalizar la tinta según el uso previsto y los requisitos del cliente.
Clasificación | Finalidad de uso principal | Componentes |
Dispersantes de pigmentos | Mejorar la dispersión del pigmento Prevenir el asentamiento Mejorar la estabilidad del almacenamiento | Agentes específicos de bajo o alto peso molecular con una estructura particular, derivados de pigmentos |
Antiespumantes | Inhibir las burbujas de tinta Prevenir defectos de película en material impreso | Silicio, aceite mineral, alcoholes superiores. |
Humectación y nivelación | Agentes Promueven la distribución y nivelación de la tinta sobre los sustratos. | Tensioactivos, disolventes de baja tensión superficial como éteres de alcohol |
Agentes de deslizamiento | Mejora la resistencia a la fricción, la resistencia al rayado y la adhesión. | Cera sintética, cera natural, silicio, ácidos grasos. |
Agentes de curado | Mejora la resistencia al agua, al calor y a los productos químicos, aumenta la resistencia del compuesto y mejora la adhesión. | isocianatos Agentes de curado de epoxi Iones y compuestos metálicos |
plastificantes | Mejora la flexibilidad y la adhesión del recubrimiento, mejora las propiedades de formación de película de las resinas y previene el blanqueamiento. | Ácido cítrico, (poli)alcoholes, aceite de soja epoxi, etc. |
Proceso de fabricación de tinta
Los diversos componentes de la tinta deben mezclarse adecuadamente. Cuando los pigmentos son especiales no aglomerantes, suele bastar con agitar a alta velocidad. Sin embargo, cuando los pigmentos son aglomerantes, se requiere un equipo de molienda de alta energía para su refinamiento. El proceso típico de fabricación de tinta incluye los siguientes pasos:
1. Formulación y premezcla, generalmente realizada mediante un mezclador.
2. Molienda: uso de fuerzas de corte e impacto para pulverizar materiales, comúnmente hecho con un molino de perlas.
3. Ajuste: Ajuste de las propiedades de la tinta para garantizar las características físicas.
4. Filtración, llenado, envasado, inspección y almacenamiento.
El paso más crucial es el molido, donde se utiliza ampliamente un molino de bolas con microesferas de alta densidad para impacto y cizallamiento en tintas líquidas. Debido a la alta volatilidad de las tintas a base de solventes, se suele emplear un molino de bolas cerrado. En general, los equipos y procesos operativos avanzados son igualmente importantes para el resultado final.
Mezclador: Mezcla de materiales y pre-dispersión.
Molino de perlas: Dispersión de materiales de viscosidad media a baja (colisión y cizallamiento con medios de alta densidad, operación cerrada, ampliamente utilizado).
El fresado de perlas es el proceso de moler finamente las partículas de pigmento y lograr la encapsulación completa de la resina. La finura y la temperatura deben ser adecuadas, y el índice de finura de la tinta al salir de fábrica generalmente corresponde al tamaño máximo de partícula.
Propiedades y especificaciones de la tinta
Tras finalizar la producción de tinta, se prueban múltiples indicadores de fábrica. Sin embargo, como parte del diseño de la tinta, se deben considerar y calibrar diversos indicadores de diseño durante el diseño de la formulación. La siguiente tabla muestra algunos ejemplos:
Experimento | Artículos de calidad |
Apariencia de la tinta | Molienda (dispersibilidad), viscosidad, fluidez, tono de color, brillo, gravedad específica, contenido de sólidos, valor de pH, estabilidad de almacenamiento, etc. |
Idoneidad de impresión | Adaptabilidad de la cuchilla, rendimiento de bloqueo, reproducción de puntos, propiedades de secado, redisolubilidad, propiedades antiespumantes, estabilidad en prensa, facilidad de limpieza, etc. |
Propiedades del recubrimiento | Resistencia a la fricción, resistencia al calor, adhesión, resistencia al rayado, antiadherencia, resistencia química, resistencia a la luz, repelencia al agua, disolventes residuales, resbaladicidad, etc. |
Posprocesamiento | Propiedades Resistencia a la fricción, adhesividad térmica, idoneidad para termosellado, compatibilidad con laminación, etc. |
Estos indicadores requieren equipos especializados, la mayoría de los cuales son bien conocidos. Además, debemos considerar las restricciones no convencionales basadas en la normativa legal aplicable al uso final, como metales pesados, aminas aromáticas, plastificantes, compuestos orgánicos volátiles (COV), etc. Estas restricciones deben abordarse en la etapa de diseño de la formulación, y las pruebas finales son solo para verificación. Una excelente calidad depende más del diseño que de la inspección. Esta afirmación es particularmente aplicable a la industria de las tintas.
