Quali inchiostri per rotocalco resistono all'ingiallimento per un utilizzo a lungo termine?

Perché avviene l'ingiallimento degli inchiostri per rotocalco: cause chimiche ed ambientali principali

Degrado ossidativo delle resine chetoniche e formazione di cromofori

Il problema dell'ingiallimento nelle inchiostri per rotocalco è fondamentalmente legato a ciò che accade quando queste resine chetoniche si degradano per ossidazione. Queste resine sono particolarmente importanti perché aderiscono bene alle superfici, conferiscono un'elevata lucentezza e mantengono la qualità della stampa. Tuttavia, ecco il punto: quando vengono a contatto con l'aria atmosferica durante lo stoccaggio o l'utilizzo, si verifica un fenomeno noto come scissione della catena. Questo processo genera doppi legami coniugati insieme a quei gruppi carbonilici (C=O) che diventano effettivamente agenti coloranti. Ciò che accade successivamente è che queste nuove strutture cominciano ad assorbire la luce specificamente nella parte blu-violetta dello spettro, intorno ai 400–450 nanometri, facendo apparire tutto più giallo del previsto. Alcune resine presentano naturalmente un numero maggiore di legami insaturi, come certi derivati del polietilene a bassa densità, e tendono quindi a ingiallire molto più rapidamente anche quando conservate in condizioni analoghe. Molti stampatori hanno osservato questo problema nel tempo, in particolare quando lavorano con materiali di scorta più datati.

Radiazione UV, calore e umidità: stressor sinergici nell'invecchiamento reale

La natura non opera in modo ordinato, con i fattori ambientali che agiscono separatamente. Quando osserviamo materiali esposti all'aperto, raggi UV, calore e umidità collaborano per accelerare l'ingiallimento attraverso complesse reazioni chimiche. Analizziamo il fenomeno: i raggi UV avviano la rottura dei legami e la formazione di quei fastidiosi radicali liberi. La situazione peggiora quando la temperatura supera i 30 gradi Celsius, poiché le molecole si muovono più rapidamente e l'ossidazione avviene a velocità maggiore. Per ogni aumento di 10 gradi, la velocità delle reazioni raddoppia approssimativamente. A questo si aggiunge l'umidità da considerare. Quando l'umidità relativa supera il 60%, l'acqua contribuisce effettivamente alla degradazione di alcuni legami chimici nei leganti, provocando il rigonfiamento delle resine e consentendo una maggiore penetrazione dell'ossigeno. Questa tabella illustra come questi diversi stressor si combinino e potenzino reciprocamente i propri effetti sul degrado dei materiali nel tempo.

Questa sinergia spiega perché l’ingiallimento si manifesta in modo particolarmente grave negli ambienti tropicali o nei magazzini, dove i tre fattori coincidono: condizioni sempre più comuni lungo le catene di approvvigionamento globali.

Strategie di formulazione per massimizzare la resistenza all’ingiallimento nelle inchiostri da rotocalco

Sistemi stabilizzanti: assorbitori UV e stabilizzanti luminosi a base di ammine stericamente impediti (HALS)

Avviare una buona stabilizzazione significa disporre degli additivi appropriati. Gli assorbenti UV agiscono catturando quei raggi UV intensi con lunghezza d’onda inferiore a 380 nm e trasformandoli in calore, invece di permettere loro di rompere i legami sulla superficie dell’inchiostro. Combinati con stabilizzanti alla luce a base di ammine stericamente impediti (HALS), che fondamentalmente individuano e neutralizzano i radicali liberi non appena si formano, questi additivi garantiscono una protezione su due fronti distinti. Anche i test su campioni reali forniscono risultati davvero impressionanti: secondo la norma ASTM G154, in cui i campioni sono sottoposti a condizioni equivalenti a 18 mesi di esposizione all’esterno, le migliori combinazioni di UVA e HALS riducono il viraggio giallo visibile (quando Δb* raggiunge o supera 3,0) del 70–80%. Ciò significa che i prodotti mantengono un aspetto fresco per molto più tempo, conservando al contempo la lucentezza originale e resistendo all’usura dovuta alla manipolazione.

Ottimizzazione del legante: resine ad alto peso molecolare, densità di reticolazione e alternative alle resine chetoniche

La struttura dei leganti gioca un ruolo fondamentale nella capacità dei colori di resistere nel tempo. Gli acrilici e i poliuretani alifatici con peso molecolare più elevato (superiore a 50.000 Da) tendono a offrire una maggiore resistenza all’ossidazione rispetto ai corrispondenti a peso molecolare inferiore. Quando i produttori aumentano la densità di reticolazione mediante materiali trifunzionali, come il triacrilato di trimetilolpropano, stanno di fatto creando barriere che rallentano il movimento dell’ossigeno e riducono la mobilità delle molecole responsabili della variazione cromatica all’interno del rivestimento. Un cambiamento significativo deriva dalla sostituzione delle resine chetoniche standard con alternative prive di chetoni, ad esempio le resine epossidiche cicloalifatiche o gli esteri di resina idrogenata. Questa sostituzione blocca effettivamente, alla fonte, la formazione di quei composti cromaticamente problematici. Secondo relazioni del settore, le aziende che adottano queste nuove formulazioni spesso osservano un ritardo nell’insorgenza dell’ingiallimento di circa tre-cinque anni, in particolare negli ambienti umidi, dove i vecchi sistemi di leganti si degradano molto più rapidamente.

Criteri di selezione dei pigmenti per le prestazioni delle inchiostri da rotocalco non ingiallenti

Pigmenti inorganici (TiO₂, ossidi di ferro): stabilità, opacità e compatibilità

I pigmenti inorganici, come il biossido di titanio rutilo (TiO₂) e vari ossidi di ferro sintetici, si distinguono per la loro notevole resistenza alla degradazione fotochimica e ai danni termici. A differenza dei corrispondenti organici, questi minerali possiedono strutture cristalline stabili, prive di quei legami pi greco reattivi o anelli aromatici che tendono a rompersi sotto l’azione della luce UV. È proprio per questo motivo che resistono alle variazioni cromatiche causate dall’esposizione alla luce solare e non ingialliscono nel tempo. Il biossido di titanio non solo conferisce alle vernici un aspetto brillante e opaco, ma riflette effettivamente i dannosi raggi UV allontanandoli dalle resine sottostanti. I pigmenti a base di ossido di ferro possono sopportare temperature fino a circa 180 gradi Celsius, rendendoli particolarmente adatti a operazioni di essiccazione rapida e a processi di laminazione. Sebbene queste particelle abbiano dimensioni maggiori rispetto alla maggior parte dei pigmenti organici, specialmente quando utilizzati in formulazioni di inchiostri per rotocalco a basso spessore, le moderne tecnologie basate su tensioattivi consentono di mantenere una corretta dispersione. Gli attuali dispersanti funzionano efficacemente anche con i nuovi sistemi leganti privi di solventi, evitando così fenomeni di agglomerazione durante le tirature di stampa e garantendo un flusso regolare del materiale attraverso la macchina da stampa.

Coloranti organici: compromessi tra intensità cromatica, lucentezza e integrità cromatica a lungo termine

I coloranti organici offrono una maggiore intensità cromatica, trasparenza e lucentezza, rendendoli ideali per lavori decorativi di alta gamma. Tuttavia, presentano anche un inconveniente: a causa delle loro strutture coniugate estese, questi coloranti tendono a dissolversi facilmente a livello molecolare, risultando quindi particolarmente soggetti a degradazione quando esposti alla luce o all’umidità. Sottoposti a raggi UV, le molecole del colorante iniziano a scindersi e a riorganizzarsi, generando fastidiose macchie giallastre attraverso reazioni radicaliche libere. Anche l’aggiunta di stabilizzanti HALS non riesce a colmare del tutto il divario rispetto ai pigmenti inorganici: infatti, questi coloranti organici mostrano una resistenza allo sbiadimento alla luce solare circa dal 30 al 40 percento inferiore. Inoltre, reagiscono negativamente ai livelli di umidità, problema particolarmente rilevante nei sistemi di stampa rotocalco a base acquosa. E non va dimenticato neppure il problema della compatibilità: molti di essi faticano a interagire efficacemente con determinati tipi di resine fortemente reticolate e a bassa polarità, compromettendo progressivamente la qualità del film nel tempo.

La decisione dipende dai requisiti del ciclo di vita dell’applicazione: quando la durata visiva è più importante della vivacità iniziale — in particolare negli imballaggi per alimenti, farmaceutici o per l’esportazione — la disciplina ingegneristica privilegia i pigmenti inorganici abbinati a leganti stabilizzati e privi di chetoni.

Domande Frequenti

Quali sono le cause dell’ingiallimento dell’inchiostro da rotocalco?

L’ingiallimento dell’inchiostro da rotocalco è causato principalmente dalla degradazione ossidativa delle resine chetoniche, dall’esposizione ai raggi UV, da alte temperature e dall’umidità, che innescano reazioni chimiche responsabili della variazione del colore dell’inchiostro.

Come si può prevenire l’ingiallimento degli inchiostri da rotocalco?

La prevenzione dell’ingiallimento prevede l’uso di stabilizzanti come assorbitori UV e stabilizzanti alla luce a base di ammine stericamente impediti (HALS), l’ottimizzazione della struttura dei leganti mediante resine ad alto peso molecolare e la scelta di tipi di pigmenti resistenti alla degradazione, quali i pigmenti inorganici.

Gli pigmenti inorganici o quelli organici sono migliori per le prestazioni anti-ingiallimento?

I pigmenti inorganici sono generalmente migliori per le prestazioni anti-ingiallimento grazie alla loro stabilità sotto esposizione ai raggi UV e al calore, mentre i pigmenti organici possono offrire un'elevata intensità cromatica ma sono più soggetti a sbiadimento e ingiallimento nel tempo.

I fattori ambientali possono accelerare l'ingiallimento delle vernici da rotocalco?

Sì, fattori ambientali come le radiazioni UV, il calore e l'umidità possono accelerare l'ingiallimento favorendo reazioni ossidative e la degradazione dei legami chimici presenti nella vernice.