Želatinace barvy je závada, se kterou se tiskaři a výrobci barev potýkají desítky let. Nejčastěji se objevovala u starších olejových barev, které schnou oxidací nebo vsakováním do papíru. U barev na bázi rozpouštědel, které schnou odpařováním, a u barev na vodní bázi se vyskytuje méně často, ale nejsou vůči ní imunní. Příčiny jsou složité a některé z nich sahají až k samotnému výrobnímu postupu, například k tomu, zda bylo sušidlo přidáno na začátku nebo na konci šarže. Pochopení toho, jak želatinace vzniká, je prvním krokem k jejímu předcházení.
Jak želatinace barvy vypadá
Když barva želatinuje, houstne, táhne se nebo hrudkuje. Přestává rovnoměrně téct z barevníku nebo z aniloxového válce, špatně se přenáší na desku a podklad a může odmítat opustit nádobu. V extrémních případech barva ztuhne do hmoty, kterou již nelze rozmíchat do použitelného stavu. Závada se může objevit během výroby, během skladování nebo po otevření plechovky v tiskárně.
Šest příčin želatinace barvy
Technici, kteří se tímto problémem zabývají, obvykle rozdělují příčiny do šesti bodů:
1. Molekulová hmotnost pryskyřice v systému je příliš vysoká, což posouvá viskozitu nad zpracovatelnou úroveň.
2. Obsah pevných látek je příliš vysoký, i když samotné pojivo z pryskyřice má nízkou viskozitu.
3. Kyselost (aciditní číslo) systému barvy je příliš vysoká.
4. Pigment nebo plnivo má zásaditý charakter.
5. Obsah sušidla je nadměrný nebo bylo sušidlo přidáno ve špatném pořadí.
6. Obsah rozpouštědla je příliš vysoký, zejména pokud je rozpouštědlo rychleschnoucího typu.
První dvě příčiny jsou fyzikální povahy. Zkušený formulátor barev nebo tiskař obalů, který systému rozumí, je obvykle dokáže odhalit a bez větších potíží se jim vyhnout. Zbývající čtyři jsou chemické problémy a vyžadují jiný přístup.
Aciditní číslo a zásadité pigmenty
Všechny chemické příčiny se vracejí k jednomu vztahu: acidobazické rovnováze mezi pigmentem a pojivem. Kyselé složky jsou elektrofilní, což znamená, že přijímají elektrony a působí jako donory protonů. Zásady jsou nukleofilní; odevzdávají elektrony a přijímají protony. Některé pryskyřice a rozpouštědla jsou amfoterní a mohou působit oběma směry. Voda, alkoholy, karboxylové kyseliny a nitrocelulóza patří do této skupiny. Alifatické uhlovodíkové rozpouštědla stojí na opačné straně, protože nemohou tvořit vodíkové vazby, a pigmenty se pohybují od silně kyselých přes neutrální až po zásadité.
Problémy se objevují, když acidobazické vlastnosti pigmentu a pojiva nejsou v souladu. Klasickým příkladem je silně kyselá sazová čerň použitá s kalafunovou pryskyřicí s vysokým aciditním číslem. V jednom zdokumentovaném případě kalafunová pryskyřice s molekulovou hmotností pouhých 330 želatinovala a hrudkovala při použití s vysoce barevnou sazovou černí v rychleschnoucí flexotiskové barvě na bázi rozpouštědel a barva se nepřenášela na podklad. Riziko zvyšují i podmínky zpracování. Vysoká teplota disperze, odpařování rozpouštědla během mletí a nevhodně zvolené přísady posouvají systém k acidobazické reakci.
Řešení: sladění acidobazických vlastností
Standardním řešením je vyvážit systém. Formulátor může zkombinovat několik pryskyřic a pigmentů tak, aby se jejich acidobazické vlastnosti vzájemně vyrovnaly, nebo zvolit rozpouštědlo, které vyhovuje oběma složkám. Toto vyvažování je v provozech na výrobu barev běžné a funguje, protože želatinace není náhodný jev; řídí se předvídatelnou chemií.
Micely a kritické koncentrační rozmezí
Chemická stránka želatinace se projeví v určitém bodě. Když koncentrace reagujících složek dosáhne určité hodnoty, která leží v poměrně úzkém rozmezí, makroskopické vlastnosti barvy se náhle změní. V mikroskopickém měřítku se aktivní molekuly začnou sdružovat a vytvářet agregáty koloidní velikosti. Tyto agregáty se nazývají micely nebo asociační koloidy.
Micely mají charakteristické chování: solubilizují materiál. Látky, které byly nerozpustné nebo jen málo rozpustné, se stávají mnohem rozpustnějšími, což je bobtnavý efekt, který urychluje chemickou reakci. Celý sled dějů je úzce svázán s disperzí pigmentu v pojivu. Jakmile barva dosáhne tohoto stavu, viskozita rychle stoupá a šarže se chová jako gel.
Prevence v praxi
Pro obsluhu tiskárny jsou praktické zásady přímočaré. Skladujte barvy v uzavřených nádobách, aby rychlá rozpouštědla nemohla unikat. Dodržujte dávkování sušidla podle doporučení výrobce a dodržujte navržené pořadí přidávání. Vyhněte se přehřívání během míchání nebo mletí. A když dorazí nová šarže pigmentu, před zahájením celé šarže ověřte, že její acidobazický charakter odpovídá pojivu. Stejná disciplína platí i na straně formulace, kde volba pryskyřice a rozpouštědla rozhoduje o tom, zda hotová barva zůstane po celou dobu trvanlivosti tekutá.