Ottenere la corretta viscosità è fondamentale per le inchiostri flexo quando si utilizzano macchine che superano i 400 metri al minuto. La maggior parte degli inchiostri a base di solvente funziona bene intorno ai 50-150 centipoise, trovando il punto ideale in cui scorrono correttamente ma mantengono i pigmenti senza depositarsi. Gli inchiostri UV curabili richiedono una consistenza più densa, generalmente tra 80 e 200 cP, così da non iniziare a indurirsi troppo presto sui rulli della macchina. Le soluzioni a base d'acqua offrono prestazioni migliori a viscosità più basse, circa 20-80 cP, permettendo loro di penetrare rapidamente nei film di plastica, visto che questi materiali non assorbono molta umidità. Studi pubblicati da MDPI nel 2020 hanno dimostrato che uscire da questi intervalli consigliati porta a problemi di aumento dei punti di stampa, con incrementi tra il 15% e il 25%, il che compromette notevolmente la chiarezza delle stampe finali.
La riduzione della viscosità a seguito di taglio avviene fondamentalmente quando un materiale diventa meno viscoso o più fluido quando gli viene applicata una forza. Questa proprietà permette agli inchiostri flexografici di muoversi facilmente attraverso l'equipaggiamento di stampa a elevate velocità, senza perdere la loro forma una volta che colpiscono la superficie da stampare. Prendiamo ad esempio gli inchiostri UV flexo: tipicamente riducono la loro densità del 40 al 60 percento quando sottoposti a forze di taglio superiori ai 5.000 secondi inversi. Questo fa tutta la differenza per ottenere linee di stampa pulite e riduce notevolmente gli schizzi di inchiostro, fastidiosi soprattutto quando le macchine da stampa operano a velocità superiori ai 600 metri al minuto. Secondo alcuni test recenti pubblicati lo scorso anno su ScienceDirect, i stampatori che regolano con precisione le proprietà di riduzione della viscosità a seguito di taglio dei loro inchiostri riescono a sprecare complessivamente circa il 18 percento di materiale in meno rispetto a quanto accade utilizzando inchiostri standard.
Perché la stampa flexo ad alta velocità funzioni correttamente, è necessario che tutti i componenti lavorino insieme in modo fluido, inclusi il sistema di dosaggio dell'inchiostro, le specifiche corrette del cilindro anilox e lastre di alta qualità. Quando i stampatori utilizzano cilindri anilox da 250 a 400 linee per pollice insieme a lamelle dosatrici chiuse, riscontrano circa il 30% in meno di problemi legati ai cambiamenti della viscosità dell'inchiostro. Questo mantiene lo spessore del film d'inchiostro abbastanza stabile, rimanendo entro ±0,1 micrometri nella maggior parte dei casi. Test effettuati in diversi stabilimenti di stampa hanno inoltre dimostrato un dato interessante. Gli inchiostri a base d'acqua applicati con uno spessore di circa 12-15 micrometri riescono a contenere il dot gain al di sotto dell'8% anche quando si stampa a velocità fino a 450 metri al minuto. Questo risultato è molto migliore rispetto a quanto accade nelle configurazioni non ottimizzate, dove il dot gain può arrivare fino al 22%. Far corrispondere le proprietà dell'inchiostro al funzionamento della macchina da stampa fa davvero la differenza. La maggior parte dei produttori segnala che la coerenza del colore rimane entro una variazione inferiore al 2% durante lunghe tirature produttive effettuate alla massima velocità.
La modalità di formulazione degli inchiostri ha un impatto significativo sulla velocità di essiccazione e sul funzionamento complessivo della macchina da stampa. Questo dipende principalmente dal tipo di resine utilizzate, dalla velocità di evaporazione dei solventi e dall'equilibrio tra vari additivi. Le recenti innovazioni mostrano che i moderni sistemi a base di solvente impiegano resine a bassa viscosità che rilasciano i solventi circa il 22 percento più rapidamente rispetto alle formulazioni precedenti, secondo il Packaging Trends Report 2023. Gli inchiostri a base d'acqua hanno registrato progressi ancora maggiori, raggiungendo tempi di essiccazione circa il 35 percento più rapidi grazie ai polimeri con pH stabile che contengono. Questi progressi riducono notevolmente il rischio di accumulo dell'inchiostro quando si stampa a velocità superiori ai 400 metri al minuto. Le tipografie possono effettuare turni continui di 8 ore con tempi di fermo minimi, visto che gli scarti causati da problemi di essiccazione sono scesi sotto lo 0,5 percento.
I più recenti progressi nelle tecnologie di polimerizzazione UV, a fascio di elettroni (EB) e LED hanno rivoluzionato il modo in cui gli inchiostri solidificano quasi istantaneamente attraverso reazioni chimiche innescate dalla luce. Nel caso della stampa flexo UV, questi inchiostri formano generalmente legami molto resistenti entro circa mezzo secondo dopo essere stati colpiti da onde luminose comprese tra 200 e 450 nanometri. Questo consente ai stampatori di produrre materiali a velocità impressionanti, intorno ai 750 metri al minuto, senza deformare o danneggiare il materiale sottostante. Per quanto riguarda l'efficienza, secondo una ricerca recente del 2024 condotta da RadTech, i sistemi LED consumano circa il 60 percento in meno di energia rispetto alle tradizionali lampade a vapore di mercurio. Inoltre, la tecnologia EB presenta un altro vantaggio, poiché non richiede affatto l'uso di iniziatori chimici, il che la rende particolarmente adatta per l'imballaggio di alimenti, dove le normative sulla sicurezza sono molto rigorose.
Ottenere un'adeguata essiccazione termica è molto importante per eseguire la stampa flessografica a base di solvente ad alta velocità, soprattutto se si desidera rimanere entro i limiti stabiliti dalle severe normative ambientali. Molti moderni sistemi di stampa sono ora dotati di sistemi di asciugatura intelligenti che utilizzano ciò che viene chiamato ossidatori termici rigenerativi o RTO (Regenerative Thermal Oxidizers). Questi sistemi riescono a recuperare circa l'85 percento del calore dai gas di scarico. Ciò che rende così vantaggioso questo approccio è che distrugge quasi tutti i COV con un'efficienza del 99,9%, oltre a ridurre i costi energetici tra i 18 e i 22 dollari all'ora, secondo alcuni rapporti del settore dello scorso anno. E la cosa migliore? Questa configurazione funziona ancora perfettamente anche quando le macchine operano a velocità elevate di 600 metri al minuto, rispettando tutti gli standard europei sulle emissioni senza alcuna difficoltà.
Le inchiostre flessografiche aderiscono bene a quelle plastiche a bassa energia superficiale difficili da trattare come il polietilene, che ha una tensione superficiale di circa 35-38 mN/m, e il polipropilene, con una tensione di circa 29-31 mN/m, grazie a particolari formulazioni resiniche. Rispetto a carta o cartone, le plastiche richiedono legami chimici reali invece di un semplice grip meccanico. Per questo motivo, le formule moderne di inchiostri includono spesso poliuretani modificati che formano effettivamente legami con le molecole della plastica stessa. Alcuni produttori hanno ottenuto grandi risultati anche con resine a base di acrilati. Queste riescono a ridurre così tanto l'angolo di contatto che l'inchiostro si espande correttamente sulla superficie, anche in assenza di trattamento al plasma. Le ricerche sull'aderenza nella stampa flessografica hanno confermato che questa soluzione funziona molto bene in pratica, in diverse applicazioni.
Fattore | Intervallo Target | Impatto sull'adesione |
---|---|---|
Energia superficiale (dopo il trattamento) | ≥40 mN/m | Consente la diffusione e l'adesione dell'inchiostro |
Dosaggio della scarica corona | 8–12 W·min/m·² | Ossidazione della superficie per formare gruppi polari |
Transizione vetrosa della resina (Tg) | -10°C a 25°C | Equilibra flessibilità e resistenza al calore |
Quando il polipropilene subisce un trattamento corona, la sua energia superficiale aumenta fino a circa 45-50 mN/m, poiché il processo aggiunge gruppi idrossilici e carbonilici sulla superficie. Questo rende molto più facile l'adesione chimica dei materiali. Per la stampa flessografica a base d'acqua, i produttori utilizzano spesso copolimeri acrilici con numero di acido compreso tra 80 e 120 mg KOH per grammo. Questi aiutano a creare legami più forti attraverso interazioni a idrogeno. I sistemi a base di solvente adottano un approccio completamente diverso. Di solito mescolano componenti di poliestere e poliuretano, dove circa il 20-35% del materiale contiene gruppi idrossilici. Quando combinati con indurenti a base di isocianati durante il processo di reticolazione, queste formulazioni producono film estremamente resistenti, che durano più a lungo sulle superfici stampate.
Gli inchiostri flexo in genere aderiscono bene a materiali come PET/PE e laminati BOPP/CPP, mantenendo una valutazione di adesione di circa 4B secondo gli standard ASTM D3354 quando utilizzano quei particolari metodi di doppia reticolazione. Le versioni UV flexo sono anch'esse molto interessanti, mantenendo circa il 98% della loro presa anche dopo essere state esposte per tre giorni a condizioni di 60 gradi Celsius e circa il 95% di umidità. Questo accade perché creano queste connessioni a rete con i rivestimenti per estrusione. Per quanto riguarda gli inchiostri a base solvente a base di nitrocellulosa, questi funzionano molto bene su sacchetti per retort. Sono in grado di resistere a più di 500 test di piegatura senza rompersi, il che è davvero notevole. Questo avviene perché le resine hanno il giusto grado di flessibilità, con un modulo elastico compreso tra 1,2 e 1,8 GPa a temperatura ambiente.
Ottenere buoni risultati dalla stampa ad alta velocità significa regolare con precisione la viscosità dell'inchiostro in base al funzionamento della macchina. Ricerche recenti sulla reologia hanno rivelato un aspetto interessante riguardo agli inchiostri UV flexo. Secondo uno studio dello scorso anno, questi inchiostri danno il loro meglio quando si trovano nell'intervallo di 90-120 centipoise, utilizzati con anilox da 600 a 1.200 linee per pollice. Cosa rende così efficace questa combinazione? Il modo in cui questi inchiostri diminuiscono la loro viscosità sotto l'azione dello sforzo di taglio permette loro di scorrere agevolmente quando le piastre di stampa si chiudono rapidamente. Al contempo, mantengono bordi puliti e punti nitidi, cosa molto importante quando si riproducono immagini o testi dettagliati.
Quando funziona a oltre 600 metri al minuto, il solvente deve evaporare più rapidamente di 0,8 grammi per metro quadrato al secondo per evitare problemi di offset. I nuovi sistemi a resina hanno ridotto i problemi di nebbia d'inchiostro del 42%, secondo Packaging Frontiers dello scorso anno. Questi sistemi funzionano meglio perché creano una maggiore coesione tra le particelle, in modo che l'inchiostro non si disperda quando sottoposto a forti forze centrifughe durante la stampa. Le ultime formule ibride riescono a combinare una rapida asciugatura con una buona stabilità del fluido. Questo significa che i stampatori possono mantenere una qualità costante anche quando spingono le macchine ai loro limiti a queste velocità estremamente elevate, senza compromettere l'uniformità durante lunghe tirature di produzione.
Un importante produttore di bevande analcoliche ha recentemente raggiunto quasi il 98,6% di disponibilità delle macchine, passando a questi speciali inchiostri flexo ibridi a base UV e solvente, utilizzati a una velocità di circa 610 metri al minuto. Il nuovo approccio di doppia polimerizzazione ha ridotto il consumo energetico dei forni del 37%, risultato piuttosto impressionante considerando che le differenze di colore sono rimaste al di sotto dello 0,3% durante turni prolungati di 18 ore. Questo dimostra che, quando i produttori dedicano tempo a scegliere correttamente gli inchiostri in base alle capacità della macchina da stampa, è possibile operare a velocità elevate senza preoccuparsi di eventuali scostamenti del colore o problemi legati all'utilizzo di materiali diversi. In definitiva, l'integrazione intelligente fa la differenza tra un funzionamento appena sufficiente e un'eccellenza produttiva.
Grazie ai miglioramenti nella tecnologia delle resine e nei metodi di essiccazione a infrarossi, le moderne inchiostri flexo a base d'acqua riescono effettivamente a tenere il passo con la velocità di asciugatura degli inchiostri a base di solvente. Alcune formulazioni più recenti funzionano anche molto bene, asciugandosi su film di polietilene in meno di 0,3 secondi e liberando in atmosfera circa la metà dei composti chimici dannosi rispetto alle versioni precedenti, come riportato in un recente rapporto del settore intitolato Sustainable Printing Solutions del 2024. Anche l'attenzione verso prodotti più ecologici sembra dare risultati. Solo lo scorso anno, il mercato europeo per questo tipo di inchiostri è cresciuto di circa l'11% annualmente, secondo i dati del 2024 di Market Data Forecast.
Sempre più produttori oggi si stanno rivolgendo a sistemi di indurimento ibridi che combinano UV, EB e tecnologia LED perché permettono di risparmiare sui costi energetici e di rispettare le sempre mutevoli normative. Considerare ad esempio gli impianti UV-LED che operano a circa 450 metri al minuto: in realtà riducono il consumo di energia del 40% circa rispetto alle vecchie lampade a vapore di mercurio. E poi c'è l'indurimento con EB che elimina del tutto l'uso di fotoiniziatori, rendendolo una scelta eccellente per i materiali d'imballaggio alimentare che non possono tollerare sostanze chimiche. Il bello è che questi sistemi combinati agiscono velocemente su tutti i tipi di materiali, tra cui film BOPP e plastica PET, senza rallentare affatto le velocità di produzione.
Le inchiostri intelligenti stanno facendo breccia nel settore della stampa in questi giorni. Parliamo di cose come inchiostri di sicurezza a cambio di colore e quelle formule speciali che funzionano con i codici QR. Questi vengono ora collegati a macchine da stampa controllate dal cloud, così gli stampatori possono regolare le impostazioni al volo durante produzioni rapide. Alcuni progetti pilota hanno dimostrato una riduzione di circa il 15 percento degli sprechi di inchiostro quando si utilizzano sistemi di intelligenza artificiale che, in pratica, anticipano quando i cilindri di stampa saranno nuovamente utilizzati. L'integrazione tra tecnologia digitale e metodi tradizionali offre ai flexo stampatori un chiaro vantaggio nel gestire confezioni con diverse esigenze di dati, senza rallentare di molto. La maggior parte degli impianti riesce ancora a lavorare a velocità vicine agli 800 metri al minuto, anche con tutte queste funzioni intelligenti integrate.
I valori di viscosità consigliati per le inchiostre flessografiche variano in base al tipo: le inchiostre a base solvente dovrebbero essere comprese tra 50 e 150 centipoise, le inchiostre curabili UV tra 80 e 200 centipoise, e le inchiostre a base d'acqua tra 20 e 80 centipoise.
Il comportamento di shear-thinning è cruciale perché permette alle inchiostre di fluire facilmente attraverso l'attrezzatura di stampa ad alta velocità senza perdere la loro forma, assicurando stampe pulite e riducendo gli sprechi.
La velocità di asciugatura dell'inchiostro è fortemente influenzata dalla sua formulazione, in particolare dal tipo di resine, solventi e additivi utilizzati, i quali possono significativamente incidere sull'efficienza della macchina da stampa e ridurre i tempi di asciugatura.
I sistemi di indurimento ibridi che combinano tecnologie UV, EB e LED offrono un'efficienza migliorata, una riduzione del consumo energetico e la conformità alle normative ambientali, rendendoli molto vantaggiosi per le operazioni di stampa ad alta velocità.