Inktgelering is een storing waar drukkers en inktfabrikanten al tientallen jaren mee te maken hebben. Ze kwam het vaakst voor bij oudere op olie gebaseerde inkten, de soorten die drogen door oxidatie of door indringing in het papier. Oplosmiddelhoudende inkten, die drogen door verdamping, en watergedragen inkten krijgen er minder vaak mee te maken, maar zijn er niet immuun voor. De oorzaken zijn complex en sommige gaan terug tot de productieprocedure zelf, zoals of de droger vroeg of laat in de batch is toegevoegd. Begrijpen hoe gelering begint is de eerste stap om haar te voorkomen.
Hoe inktgelering eruitziet
Wanneer een inkt gelt, wordt ze dik, draderig of klonterig. Ze stroomt niet meer gelijkmatig uit de inktbak of van de anilox-roller, draagt slecht over op de plaat en het substraat en wil soms het vat niet verlaten. In extreme gevallen stolt de inkt tot een massa die niet meer tot een bruikbare staat kan worden geroerd. De storing kan optreden tijdens de productie, tijdens de opslag of nadat het blik op de drukkerijvloer is geopend.
Zes oorzaken van inktgelering
Technici die het probleem bestuderen, groeperen de oorzaken doorgaans in zes punten:
1. Het molecuulgewicht van de hars in het systeem is te hoog, waardoor de viscositeit boven een werkbaar niveau uitkomt.
2. Het vaste stofgehalte is te hoog, zelfs wanneer het harsvoertuig zelf een lage viscositeit heeft.
3. Het zuurgetal van het inkt systeem is te hoog.
4. Het pigment of vulmiddel is alkalisch van karakter.
5. Het drogergehalte is te hoog, of de droger is in de verkeerde volgorde toegevoegd.
6. Het oplosmiddelgehalte is te hoog, vooral wanneer het oplosmiddel een snel drogend type is.
De eerste twee oorzaken zijn fysisch van aard. Een ervaren inktformuleerder of een verpakkingsdrukker die het systeem begrijpt, kan ze meestal zonder veel moeite herkennen en vermijden. De overige vier zijn chemische problemen en vragen een andere aanpak.
Zuurgetal en alkalische pigmenten
De chemische oorzaken komen allemaal terug op één verhouding: het zuur-base-evenwicht tussen het pigment en het voertuig. Zure soorten zijn elektrofiel, wat betekent dat ze elektronen accepteren en als protondonor optreden. Basen zijn nucleofiel; ze doneren elektronen en accepteren protonen. Sommige harsen en oplosmiddelen zijn amfoteer en kunnen in beide richtingen werken. Water, alcoholen, carbonzuren en nitrocellulose vallen allemaal in deze groep. Alifatische koolwaterstofoplosmiddelen staan aan de andere kant, omdat ze geen waterstofbruggen kunnen vormen, en pigmenten variëren van sterk zuur tot neutraal tot alkalisch.
Problemen ontstaan wanneer de zuur-base-karakters van het pigment en het voertuig niet op elkaar aansluiten. Een sterk zuur carbon black in combinatie met een hars op colofoniumbasis met een hoog zuurgetal is een klassiek voorbeeld. In een gedocumenteerd geval gelt en klonterde een colofoniumhars met een molecuulgewicht van slechts 330 bij gebruik met een hooggekleurd carbon black in een snel drogende oplosmiddelhoudende flexo-inkt, en de inkt droeg niet over op het substraat. Verwerkingsomstandigheden vergroten het risico. Hoge dispergeertemperatuur, verdamping van oplosmiddel tijdens het malen en slecht gekozen additieven drijven het systeem allemaal naar een zure reactie.
De oplossing: zuur-base-karakter op elkaar afstemmen
De standaardoplossing is het systeem in balans te brengen. Een formuleerder kan meerdere harsen en pigmenten combineren zodat hun zuur-base-karakters elkaar compenseren, of een oplosmiddel kiezen dat bij beide past. Deze balans is routine in inktfabrieken en werkt omdat gelering geen willekeurige gebeurtenis is; ze volgt voorspelbare chemie.
Micellen en het kritische concentratiebereik
De chemische kant van gelering wordt op een bepaald punt zichtbaar. Wanneer de concentratie van de reagerende soorten een bepaalde waarde bereikt, die binnen een tamelijk smal bereik valt, veranderen de macroscopische eigenschappen van de inkt plotseling. Op microscopische schaal beginnen actieve moleculen zich te associëren en aggregaten van colloïdale grootte te vormen. Deze aggregaten worden micellen of associatiecolloïden genoemd.
Micellen hebben een kenmerkend gedrag: ze solubiliseren materiaal. Stoffen die onoplosbaar of slechts licht oplosbaar waren, worden veel beter oplosbaar, een zwellingseffect dat de chemische reactie versnelt. De hele reeks is nauw verbonden met de pigmentdispersie in het voertuig. Zodra de inkt deze toestand bereikt, stijgt de viscositeit snel en gedraagt de batch zich als een gel.
Preventie in de praktijk
Voor medewerkers op de drukkerijvloer zijn de praktische lessen eenvoudig. Bewaar inkten in gesloten vaten zodat snelle oplosmiddelen niet kunnen ontsnappen. Houd de drogerdosering binnen de aanbeveling van de fabrikant en volg de voorgeschreven toevoegvolgorde. Vermijd oververhitting tijdens het mengen of malen. En wanneer een nieuwe pigmentpartij binnenkomt, controleer dan of het zuur-base-karakter bij het voertuig past voordat u een volledige batch inzet. Dezelfde discipline geldt aan de formuleerkant, waar harskeuze en oplosmiddelkeuze bepalen of de afgewerkte inkt vloeibaar blijft gedurende de houdbaarheid.