Farby rozpuszczalne w wodzie, nazywane też farbami wodnymi lub farbami na bazie wody, są powszechnie stosowane w systemach druku atramentowego. Znajomość ich właściwości fizycznych i chemicznych jest kluczowa dla utrzymania powtarzalnej jakości druku i zapobiegania typowym problemom, takim jak zatkanie dysz czy słaba przyczepność. W artykule omawiamy właściwości, które każda drukarnia powinna kontrolować.
Filtracja i kontrola cząstek
Farby rozpuszczalne w wodzie muszą przechodzić przez filtr 0,2 mikrona bez zablokowania. Taki poziom filtracji zapewnia, że do zespołu głowicy drukującej nie dostają się cząstki o zbyt dużym rozmiarze. Każda cząstka większa od średnicy dyszy może natychmiast ją zatkać, co prowadzi do przestoju i strat podłoża. Regularne badanie filtracji to prosty i skuteczny sposób weryfikacji jakości farby przed trafieniem na linię produkcyjną.
Odporność na zatykanie
Formuła farby nie powinna powodować sedymentacji ani agregacji, określanych potocznie jako zatykanie. Gdy cząstki farby łączą się w skupiska, tworzą osady w komorze dyszy. Po powstaniu takich osadów trudno je usunąć bez specjalistycznych roztworów czyszczących lub wymiany głowicy drukującej. Dobra stabilność dyspersji jest niezbędna do płynnej, nieprzerwanej pracy.
Zawartość chlorku sodu
Poziom chlorku sodu musi pozostawać poniżej 100 części na milion. Sól powoduje wytrącanie cząstek barwnika z roztworu, co bezpośrednio prowadzi do sedymentacji w zbiorniku farby i kanałach głowicy drukującej. W systemach termicznych z drukiem bąbelkowym jony chlorkowe stają się szczególnie problematyczne. Głowica pracuje w wysokiej temperaturze, a choć płyta dysz jest wykonana z tytanu, korozja chlorkowa przyspiesza w tych warunkach. Niska zawartość soli chroni zarówno jakość druku, jak i trwałość sprzętu.
Kontrola lepkości
Lepkość farb rozpuszczalnych w wodzie wynosi zwykle od 1 do 5 centypuazów. Systemy drukujące z głowicami piezoelektrycznymi wymagają wyższej lepkości, natomiast systemy termiczne z drukiem bąbelkowym działają lepiej z cieczami o niższej lepkości. Lepkość bezpośrednio wpływa na tworzenie kropli i stabilność wyrzutu. Niedopasowana lepkość może powodować krople satelitarne, brakujące punkty lub nierówną masę kropli, co obniża jakość obrazu.
Napięcie powierzchniowe
Napięcie powierzchniowe farb wodnych wynosi od 30 do 60 dyn na centymetr. Systemy piezoelektryczne pracują z cieczami o niższym napięciu powierzchniowym, a systemy termiczne z drukiem bąbelkowym wymagają wyższego napięcia. Właściwe napięcie powierzchniowe zapewnia prawidłowe zwilżanie dyszy przez farbę i tworzenie czystych kropli. Przy zbyt wysokim napięciu farba może nie dopływać do dyszy w sposób powtarzalny. Przy zbyt niskim może kapać lub tworzyć mgłę podczas wyrzutu.
Stabilność pH
Formuła farby powinna mieć zdolność buforowania, która utrzymuje stabilną wartość pH. Niektóre związki barwników wytrącają się, gdy pH przesunie się poza ich zakres stabilności. Farba buforowana opiera się zmianom pH wywołanym absorpcją dwutlenku węgla z powietrza lub reakcjami chemicznymi w zbiorniku farby. Drukarnie powinny mierzyć pH regularnie podczas przechowywania i przed wprowadzeniem nowej partii farby.
Odporność na światło i wodę
Wydruki muszą wytrzymywać ekspozycję na światło i wilgoć. Odporność na światło określa, jak dobrze farba opiera się blaknięciu pod wpływem promieniowania UV i światła widocznego. Odporność na wodę określa, jak dobrze wyschnięta farba opiera się rozmywaniu i rozmazywaniu pod wpływem wody. Obie właściwości zależą od chemii barwnika i powłoki podłoża. W zastosowaniach zewnętrznych lub archiwalnych wysoka odporność na światło i wodę jest obowiązkowa.
Okres przydatności do użycia
Farba rozpuszczalna w wodzie ma zwykle okres przydatności do użycia wynoszący 12 miesięcy od daty produkcji. Nawet po roku przechowywania farba musi bez trudu przechodzić przez filtr 0,2 mikrona. Niektóre formuły mogą wykazywać widoczne zmiany po trzech miesiącach przechowywania, ale większość produktów handlowych zachowuje funkcjonalność przez co najmniej pełny rok. Właściwe warunki przechowywania, czyli chłodne i ciemne otoczenie, pomagają utrzymać stabilność farby w czasie.
Stabilność termiczna
W systemach termicznych z drukiem bąbelkowym farba jest podgrzewana do około 400 stopni Celsjusza podczas drukowania. Układ barwnika i rozpuszczalnika musi wytrzymać tę wysoką temperaturę bez rozkładu i zmiany koloru. Barwniki rozkładające się w wysokiej temperaturze dają nierówny wydruk i mogą pozostawiać osady węglowe na elemencie grzejnym. Badanie stabilności termicznej jest szczególnie ważne dla farb stosowanych w drukarkach termicznych o dużej wydajności.
Szybkość schnięcia
Szybkość schnięcia farby rozpuszczalnej w wodzie wymaga starannego wyważenia. Farba schnąca zbyt szybko tworzy kożuch na płycie dysz, co powoduje zatykanie dysz lub niedobór farby podczas długich nakładów. Farba schnąca zbyt wolno pozwala punktom rozlewać się na podłożu, co zmniejsza ostrość krawędzi i powoduje przyrost punktu zniekształcający drobne detale. Właściwa szybkość schnięcia zależy od rodzaju podłoża, prędkości druku i warunków otoczenia.