Które farby rotogravure są odporne na żółknięcie w zastosowaniu długotrwałym?

Dlaczego występuje żółknięcie farb rotogradowych: podstawowe czynniki chemiczne i środowiskowe

Degradacja utleniająca żywic ketonowych i powstawanie chromoforów

Problem żółknienia w tuszach do druku rotacyjnego wynika zasadniczo z tego, co dzieje się z żywicami ketonowymi pod wpływem utleniania. Żywice te odgrywają istotną rolę, ponieważ dobrze przyczepiają się do powierzchni, zapewniają wysokie połysk i utrzymują jakość druku. Jednak istnieje pewien problem: podczas przechowywania lub użytkowania, gdy wchodzą one w kontakt z powietrzem atmosferycznym, zachodzi proces zwany rozszczepieniem łańcucha. W jego wyniku powstają sprzężone wiązania podwójne wraz z grupami karbonylowymi (C=O), które stają się czynnikami powodującymi zabarwienie. Następnie nowo powstałe struktury zaczynają pochłaniać światło w szczególności w zakresie niebiesko-fioletowym widma, czyli w przedziale około 400–450 nanometrów, co sprawia, że całość wydaje się bardziej żółta niż zamierzono. Niektóre żywice mają naturalnie większą liczbę nienasyconych wiązań, na przykład niektóre pochodne polietylenu o niskiej gęstości, a te tendencji do szybszego żółknienia wykazują znacznie silniejszą nawet przy podobnych warunkach przechowywania. Wiele zakładów drukarskich zauważyło ten problem w czasie, szczególnie przy pracy ze starszymi partiami materiałów.

Promieniowanie UV, ciepło i wilgotność: synergiczne czynniki stresu w rzeczywistym starzeniu się materiałów

Przyroda nie działa w uporządkowanych pakietach, w których czynniki środowiskowe działają oddzielnie. Przy analizie materiałów narażonych na działanie warunków zewnętrznych światło UV, ciepło i wilgoć współdziałają ze sobą, przyspieszając żółknięcie poprzez złożone reakcje chemiczne. Przeanalizujmy to krok po kroku: promieniowanie UV inicjuje rozrywanie wiązań chemicznych i powstawanie tych uciążliwych rodników wolnych. Sytuacja pogarsza się przy temperaturach przekraczających 30 stopni Celsjusza, ponieważ cząsteczki poruszają się szybciej, a utlenianie przebiega intensywniej. Przy każdym wzroście temperatury o 10 stopni prędkość reakcji zwiększa się mniej więcej dwukrotnie. Należy także uwzględnić wpływ wilgotności. Powyżej 60% względnej wilgotności powietrza woda wspomaga rozkład niektórych wiązań chemicznych w substancjach wiążących, powodując pęcznienie żywic i ułatwiając przenikanie tlenu. W poniższej tabeli przedstawiono sposób, w jaki poszczególne czynniki stresu łączą się ze sobą i wzmacniają wzajemnie swoje skutki degradacji materiałów w czasie.

Ta synergia wyjaśnia, dlaczego żółknięcie przejawia się najbardziej wyraźnie w środowiskach tropikalnych lub magazynowych, w których występują wszystkie trzy czynniki jednocześnie — warunki te stają się coraz częstsze w globalnych łańcuchach dostaw.

Strategie formułowania zapewniające maksymalną odporność farb rotogradowych na żółknięcie

Systemy stabilizatorów: pochłaniacze promieniowania UV oraz hamujące aminy światłostabilizujące (HALS)

Rozpoczęcie skutecznej stabilizacji oznacza zastosowanie odpowiednich dodatków. Absorbery UV działają poprzez pochłanianie intensywnych promieni UV o długości fali poniżej 380 nm i przekształcanie ich w ciepło zamiast pozwalania im na rozrywanie wiązań na powierzchni tuszu. Połączenie tych substancji z hamującymi światłem aminami sterycznie zahamowanymi (HALS), które wykrywają i dezaktywują wolne rodniki zaraz po ich powstaniu, zapewnia ochronę z dwóch różnych kierunków. Badania w warunkach rzeczywistych dają również bardzo imponujące wyniki. Zgodnie ze standardem ASTM G154, w którym próbki poddawane są warunkom odpowiadającym 18 miesiącom ekspozycji na zewnątrz, najlepsze kombinacje absorberów UV i HALS zmniejszają widoczną żółknącą (gdy wartość Δb* osiąga 3,0 lub więcej) o 70–80%. Oznacza to, że produkty zachowują świeżość wyglądu przez znacznie dłuższy czas, jednocześnie utrzymując połysk i odporność na zużycie spowodowane użytkowaniem.

Optymalizacja wiązadła: żywice o wysokiej masie cząsteczkowej, gęstość sieci krzyżowej oraz alternatywy dla żywic ketonowych

Sposób, w jaki są zbudowane wiązadła, odgrywa kluczową rolę w tym, jak kolory utrzymują się w czasie. Akryle i alifatyczne poliuretany o wyższej masie cząsteczkowej (powyżej 50 000 Da) charakteryzują się lepszą odpornością na utlenianie niż ich odpowiedniki o niższej masie cząsteczkowej. Gdy producenci zwiększają gęstość sieci krzyżowej za pomocą trójfunkcyjnych materiałów, takich jak triakrylan trimetanolopropanu, tworzą w zasadzie bariery spowalniające przemieszczanie się tlenu oraz ograniczające zdolność cząsteczek powodujących zabarwienie do poruszania się wewnątrz powłoki. Istotną zmianę wprowadza zastąpienie standardowych żywic ketonowych materiałami pozbawionymi grupy ketonowej, np. cykloalifatycznymi żywicami epoksydowymi lub estrami wodorowanego kaniolu. Taka zamiana faktycznie zapobiega powstawaniu tych problematycznych związków barwnikowych już na etapie źródłowym. Raporty branżowe wskazują, że firmy stosujące te nowe formuły często odnotowują opóźnienie wystąpienia żółknienia o około trzy do pięciu lat, co szczególnie wyraźnie widać w wilgotnych środowiskach, gdzie starsze systemy wiązadeł ulegają znacznie szybszemu rozkładowi.

Kryteria doboru pigmentów do farby rotograficznej nieżółknącej pod względem wydajności

Pigmenty nieorganiczne (TiO₂, tlenki żelaza): stabilność, nieprzezroczystość i zgodność

Nieorganiczne barwniki, takie jak rutilowy dwutlenek tytanu (TiO₂) oraz różne syntetyczne tlenki żelaza, wyróżniają się wyjątkową odpornością na degradację fotochemiczną oraz uszkodzenia termiczne. W przeciwieństwie do barwników organicznych te minerały posiadają stabilne struktury krystaliczne, pozbawione reaktywnych wiązań π lub pierścieni aromatycznych, które zwykle ulegają rozkładowi pod wpływem promieniowania UV. Dlatego też nie zmieniają koloru po ekspozycji na światło słoneczne i nie żółkną z upływem czasu. Dwutlenek tytanu nie tylko nadaje powłokom jasny i nieprzezroczysty wygląd – skutecznie odbija szkodliwe promienie UV, chroniąc znajdujące się pod nimi żywice. Barwniki tlenkowe żelaza wytrzymują temperatury do ok. 180 °C, co czyni je szczególnie odpowiednimi do szybkich procesów suszenia oraz laminowania. Choć cząstki tych barwników są większe niż większość barwników organicznych, zwłaszcza przy zastosowaniu w cienkich farbach rotograficznych, współczesne technologie środków powierzchniowo czynnych zapewniają ich prawidłową dyspersję. Nowoczesne środki dyspergujące dobrze współpracują również z nowymi systemami wiążących bezrozpuszczalnikowych, dzięki czemu podczas drukowania nie występuje zagęszczanie się materiału, a farba płynie gładko przez maszynę drukarską.

Barwniki organiczne: kompromisy w zakresie intensywności koloru, połysku oraz długotrwałej stabilności chromatycznej

Barwniki organiczne zapewniają lepszą intensywność koloru, przeźroczystość i połysk, co czyni je idealnym wyborem do wysokiej klasy prac dekoracyjnych. Istnieje jednak także wada: ze względu na rozszerzone struktury sprzężone barwniki te łatwo rozpuszczają się na poziomie cząsteczkowym, co czyni je podatnymi na rozkład pod wpływem światła lub wilgoci. Gdy są narażone na promieniowanie UV, cząsteczki barwnika zaczynają się rozdzielać i przegrupowywać, tworząc uciążliwe żółtawe plamy w wyniku reakcji rodnikowych. Nawet przy dodaniu stabilizatorów HALS organiczne barwniki nadal pozostają mniej odporne niż nieorganiczne pigmenty – ich odporność na wyblakanie pod wpływem działania światła słonecznego jest o około 30–40% niższa. Ponadto źle reagują na wilgotność, co stanowi szczególnie poważny problem w systemach druku rotograwiurowego na bazie wodnej. Nie należy również zapominać o problemach z kompatybilnością: wiele z nich trudno jest skutecznie połączyć z niektórymi rodzajami żywic o silnym stopniu sieciowania i niskiej polarności, co z czasem może prowadzić do osłabienia jakości warstwy powłoki.

Decyzja zależy od wymagań dotyczących cyklu życia danego zastosowania: gdy trwałość wizualna jest ważniejsza niż początkowa intensywność koloru — szczególnie w przypadku opakowań żywnościowych, farmaceutycznych lub przeznaczonych do eksportu — inżynieria materiałowa preferuje barwniki nieorganiczne połączone ze stabilizowanymi, bezketonowymi wiązadłami.

Często zadawane pytania

Co powoduje żółknięcie tuszu rotograficznego?

Żółknięcie tuszu rotograficznego jest głównie spowodowane utleniającą degradacją żywic ketonowych, promieniowaniem UV, wysokimi temperaturami oraz wilgotnością, które prowadzą do reakcji chemicznych zmieniających kolor tuszu.

Jak zapobiegać żółknięciu tuszy rotograficznej?

Zapobieganie żółknięciu obejmuje stosowanie stabilizatorów, takich jak absorbery promieni UV oraz hamujące światło stabilizatory aminowe typu HALS (Hindered Amine Light Stabilizers), optymalizację struktury wiązadeł za pomocą żywic o wysokiej masie cząsteczkowej oraz dobór barwników odpornych na degradację, np. barwników nieorganicznych.

Które barwniki — nieorganiczne czy organiczne — lepiej zapobiegają żółknięciu?

Nieorganiczne barwniki są zazwyczaj lepsze pod względem odporności na żółknięcie ze względu na ich stabilność pod wpływem promieniowania UV i temperatury, podczas gdy barwniki organiczne mogą zapewniać wysoką siłę barwną, ale są bardziej narażone na wyblakanie i żółknięcie w czasie.

Czy czynniki środowiskowe mogą przyspieszać żółknięcie farby rotograficznej?

Tak, czynniki środowiskowe, takie jak promieniowanie UV, temperatura i wilgotność, mogą przyspieszać żółknięcie, wywołując reakcje utleniające oraz rozkład wiązań chemicznych wewnątrz farby.