În general, cernelurile în doi componenți sunt utilizate pentru aplicații cu rezistență mărită pe substraturi dificile, cum ar fi sticla, metalul, duroplasticele și poliolefinele. Aceste cerneluri sunt absolut necesare atunci când se dorește obținerea unor imprimări cu rezistență mecanică și chimică deosebită. Comparativ cu cele într-un singur component, procesul de imprimare cu cernelurile în doi componenți este mult mai pretențios. Orice eroare intervenită în timpul lucrului cauzează probleme de calitate. În acest articol vor fi punctate principalele caracteristici ale cernelurilor în doi componenți și problemele care pot apărea la imprimare.
Cerneluri în doi componenți – informații de bază
Acestea sunt obținute prin amestecarea componentului A (cerneala bază) cu componentul B (catalizator = întăritor) într-o anumită proporție, specifică tipului de cerneală. Procesul trebuie realizat înainte de a începe imprimarea. După amestecare, durata de viață a produsului astfel obținut este de câteva ore, maximum opt (indicație dată de producător). Și amestecarea celor doi componenți, și imprimarea (interacțiune cerneală – substrat) sunt reacții chimice. Imprimările cu cerneluri în doi componenți prezintă o rezistență mărită la factorii mecanici și chimici comparativ cu cele într-un singur component. În cazul substraturilor dificil de imprimat, cum ar fi sticla, metalul, PP-ul și PE-ul, adaosul de catalizator crește gradul de aderență al cernelei pe substrat.
Raportul de amestecare al celor două componente depinde doar de tipul de cerneală. De exemplu, pentru cea serigrafică Z/GL (producător Sun Chemical – Coates Wiederhold din Germania) raportul este de 20:1 (20 de părți de cerneală bază și o parte catalizator), în timp ce pentru cea tampografică TP 260 (același producător) raportul este 2:1. Cerneala bază, pentru ambele tipuri menționate, este formată dintr-o rășină care diferă de la un tip de cerneală la altul. Majoritatea celor în doi componenți produse de Sun Chemical sunt pe bază de solvent, compania oferă și o gamă de cerneluri UV a căror aderență la substrat și rezistență mecanică și chimică sunt mărite prin adăugarea catalizatorului, ele fiind destinate imprimărilor pe sticlă, metal și poliolefine. Iată care sunt rășinile utilizate pentru fabricarea cernelurilor serigrafice și tampografice în doi componenți:
– acrilice – prezintă rezistență chimică și mecanică mărită, dar și la factorii de mediu în cazul aplicațiilor de exterior. Se folosește la cernelurile ZM, ZMN, TP305 (producător Sun Chemical);
– epoxi – rezistență chimică și aderență foarte bune. Rezistență slabă la factorii de mediu. Se recomandă doar pentru aplicații de interior și se folosește la cernelurile Z, Z/GL, TP218, TP218/GL, TP260, UV/K (același producător);
– PET (poliester) – rezistență chimică și la factorii de mediu foarte bună. Sunt posibile diverse proporții de catalizator în funcție de rezistența și elasticitatea cerute. Se folosește la cernelurile Z/DD, LAB – N 331213 (același producător);
– PUR (poliuretan) – rezistență chimică și la factorii de mediu foarte bună și ridicată la abraziune, având o elasticitate bună. Se folosește la cernelurile TZ (același producător);
– PVC – rezistență chimică și la factorii de mediu bună. Se folosește la cernelurile Z/PVC (același producător).
Catalizatorul (întăritorul) este un compus pe bază de izocianat, de silan sau de amine. Cel pe bază de izocianat este foarte comun, fiind indicat pentru diverse tipuri de rășini (bază). Se întâlnește în ZH, ZH/N, UV/H (același producător). Cel pe bază de silan este folosit doar în cazul rășinilor epoxy pentru îmbunătățirea aderenței pe substraturi din sticlă, ceramică, oțel sau crom. Se întâlnește în ZH/GL și în TP219/GL (același producător). În schimb, catalizatorul pe bază de amine este utilizat foarte rar.
Tipuri de cerneluri în doi componenți
Cernelurile în doi componenți diferă între ele prin raportul de amestecare catalizator : bază. Există situații în care utilizarea catalizatorului este esențială. Din acest punct de vedere, cernelurile în doi componenți se împart în:
– obligatoriu, fiind folosite doar cu catalizator. De exemplu, Z, Z/GL, ZMN, ZM, Z/DD, TP307, TP260, TP218/GL, TP253L, TP218 (producător Sun Chemical);
– opțional, putând fi aplicate și fără catalizator, dar adaosul de catalizator îmbunătățește proprietățile imprimării. De exemplu, PO, TZ, YN, ZE1690, Z/PVC, 80UV, UVE, UVK, UVGS, TP247, TP253, TP273, TP300, TP305, TP313, TP340 (același producător);
– cu polimerizare la temperatură, fiind cerneluri în doi componenți care funcționează ca unele într-unul singur (cu catalizator încorporat). Catalizatorul devine activ doar la temperatură ridicată. De exemplu, LAB 331213N, TP212 (același producător) polimerizează în cuptor la 140-160 C° timp de 20-30 de minute.
Probleme la imprimare
Problemele care apar în cazul imprimării cu cerneluri în doi componenți pot fi cauzate de:
– diferența dintre cernelurile într-un component și cele în doi. Cernelurile serigrafice și tampografice pe bază de solvent într-un singur component sunt ajustate pentru imprimare prin adaos de diluant/întârzietor. Polimerizarea (uscarea) acestor cerneluri se face prin evaporarea solventului. Imprimările cu cerneluri într-un singur component prezintă o rezistență limitată la agenți chimici agresivi (solvenți, acizi). Avantajul în cazul utilizării lor este curățarea urmelor de cerneală uscată din ochiurile ecranului sau de pe lama de racletă cu ajutorul solvenților sau al agenților de curățare. Cernelurile în doi componenți pe bază de solvent constituie o poveste diferită. Mai întâi trebuie amestecate catalizatorul cu baza în proporția indicată. După aceea, este adăugat diluant/întârzietor. Uscarea cernelurilor va fi realizată tot în urma unui proces fizic de evaporare. Dar rezistența mărită și aderența foarte bună pot fi obținute doar după ce reacția chimică bază–catalizator–substrat este completă (polimerizarea cernelei);
– prepararea cernelurilor pentru imprimare. Dacă o imprimare cu cerneluri în doi componenți nu respectă parametrii ceruți, aceasta poate fi din cauza unor greșeli de preparare. Cantitatea de catalizator trebuie respectată cu strictețe. Adaosul de catalizator în exces nu îmbunătățește calitățile imprimării, ci din contră. Și o cantitate mai mică de catalizator are aceeași influență negativă asupra imprimării.
– criteriile de selecție. Ele sunt diferite:
• catalizatorul trebuie să fie potrivit pentru cerneala respectivă. De exemplu, catalizatorul ZH este doar pentru aplicații de interior deoarece are tendința de a se îngălbeni sub acțiunea radiațiilor UV; catalizatorul ZH/N este pentru aplicații de exterior deoarece nu se îngălbenește sub acțiunea radiațiilor UV pe substrat moale sau flexibil (materiale sintetice); catalizatorul ZH/GL este doar pentru cerneluri serigrafice Z/GL;
• durata de viață a catalizatorului este mult mai mică decât cea a cernelurilor, variind între șase luni și un an. În cazul în care catalizatorul este păstrat în condiții inadecvate, în recipiente care nu sunt bine închise, acesta devine inutilizabil înainte de data expirării;
• utilizarea catalizatorilor, a diluanților și a întârzietorilor adecvați, conform fișelor tehnice ale fiecărui produs.
– ajustarea cernelurilor în doi componenți pentru imprimare. Ea se face în mai mulți pași:
• amestecați foarte bine cerneala din recipientul original înainte de utilizare pentru o distribuție uniformă a componentelor;
• cântăriți corect cerneala și catalizatorul. Preparați doar cantitatea de cerneală necesară aplicației deoarece durata de viață după amestecare este de maximum 12 ore;
• calculați corect cantitatea de catalizator corespunzătoare celei de cerneală conform indicațiilor din fișa tehnică;
• după adăugarea catalizatorului amestecați foarte bine. Distribuția neuniformă a catalizatorului în masa cernelei cauzează probleme de calitate a imprimării;
• resigilați doza de catalizator pentru a evita deteriorarea acestuia în urma reacției cu apa din atmosferă;
• ajustarea vâscozității cernelei cu diluant/întârzietor se va face doar după ce a fost adăugat catalizatorul;
• după adăugarea catalizatorului și amestecare se recomandă o etapă de relaxare a cernelei timp de zece minute pentru degajarea bulelor de aer apărute în timpul amestecării (ca în cazul emulsiilor cu sensibilizator separat).
– imprimarea. Procesul de imprimare cu cerneluri în doi componenți decurge la fel ca cel cu cerneluri într-un singur component, dar sunt câteva puncte cărora trebuie să le acordați atenție:
• durata de viață. Reacția chimică dintre catalizator și cerneală începe chiar în momentul adăugării catalizatorului în cerneală și continuă în timp. La un moment dat, numărul legăturilor chimice formate este atât de mare încât cerneala nu mai poate fi folosită pentru imprimare. Acesta este motivul pentru care, în cazul cernelurilor în doi componenți, în toate fișele tehnice este menționat faptul că durata de viață a amestecului cerneală–catalizator este limitată la 2–12 ore, în funcție de gama de cerneală. Deoarece durata de viață a amestecului este influențată de multi factori (cum ar fi cantitatea de pigment, tipul de pigment, temperatura la care este păstrată, gradul de diluție) aceasta nu poate fi calculată cu exactitate.
Durata de viață indicată în fișele tehnice este valabilă pentru o temperatură de 20° C. Cu cât temperatura este mai mare, cu atât durata de viață scade. S-a observat că la o creștere a temperaturii cu 10° C, durata de viață a amestecului se reduce la jumătate. Dacă o cerneală devine sau rămâne prea vâscoasă, chiar și după un adaos suplimentar de diluant, înseamnă că durata de viață a acesteia a fost depășită. Nu se recomandă păstrarea amestecului cerneală-catalizator în frigider pentru a mări durata de viață deoarece la temperaturi scăzute reacția chimică dintre cele două încetează ireversibil;
• curățarea ecranului serigrafic și a ustensilelor de lucru se va face imediat după folosire. Altfel, urmele de cerneală se vor întări, îndepărtarea lor devenind foarte dificilă;
• polimerizarea (uscarea) cernelei. Există diferențe între procesele de polimerizare (uscare) ale cernelurilor într-un singur component și ale celor în doi componenți. De ținut cont că formarea legăturilor chimice este posibilă doar prin uscarea completă a stratului de cerneală imprimat. Umiditatea și temperatura sunt factori importanți în procesul de polimerizare. Pentru orice tip de catalizator există o temperatură minimă de reacție după imprimarea stratului de cerneală. Sub aceasta, pentru un timp mai lung, reacția chimică se va opri ireversibil. Aceleași probleme apar și în cazul unei umidități prea mari. De exemplu, ≥15° C la catalizatorul ZH, TP219, ≥20° C la ZH/N, TP219/N și ≥140° C la TP219/L. Timpul de reacție este definit ca perioada de timp care curge după imprimare și uscare și până la polimerizarea completă a cernelei. De exemplu, minimum 72 de ore pentru polimerizarea completă la 20° C sau maximum 120 de ore la 20° C.
Timpul de reacție pentru polimerizarea corectă poate fi redus prin aplicarea unei temperaturi ridicate. O creștere a temperaturii cu 10° C va dubla viteza de reacție, ceea va reduce la jumătate timpul de reacție. Pentru foarte multe game de cerneluri în doi componenți, polimerizarea completă poate fi obținută în cuptor la o temperatură de 140° C, în 20-30 de minute. Obiectele pe care se face imprimarea, care au fost depozitate în spații cu temperatură scăzută, vor fi umezite în momentul în care vor fi aduse pentru imprimare în spații cu temperaturi mai ridicate. Dacă acestea sunt imprimate imediat, catalizatorul conținut în cerneală va reacționa cu apa de pe suprafața obiectului. Și de aici apar problemele de aderență și de calitate a imprimării, mai ales în cazul materialelor cu mare inerție termică, cum ar fi sticla, metalul și unele plastice. Dacă obiectele imprimate au fost mutate în spații mai reci înainte de polimerizarea completă a cernelei, cu siguranță vor apărea probleme legate de aderență și rezistență.
• testele de calitate. Testele de rezistență și aderență se fac doar după polimerizarea completă a stratului de cerneală. De aceea, în cazul uscării la temperatura camerei se va aștepta până la 120 de ore, în funcție de gama de cerneală. În cazul polimerizării în cuptor, la 140° C timp de 20-30 de minute, testele de calitate se vor face după patru ore de la scoaterea din cuptor. Trebuie să se țină cont de faptul că în funcție de gama de cerneală, tipul de catalizator și caracteristicile substratului de imprimat, vor exista diferențe semnificative între rezultatele polimerizării în cuptor și cele la temperatura camerei. În majoritatea cazurilor, aplicațiile uscate în cuptor au cei mai buni parametri.
Articol realizat de Cristina UNGUREANU, EDCG București, pe baza documentației Sun Chemical – Coates Wiederhold GmbH Germania
