Почему типографская краска желатинизируется: кислотно-щелочной баланс и химия загустевания краски
Желатинизация краски, это дефект, с которым типографии и производители краски имеют дело уже десятилетиями. Чаще всего он встречался в старых красках на масляной основе, тех, что высыхают окислением или впитыванием в бумагу. Краски на растворителях, высыхающие испарением, и краски на водной основе сталкиваются с этим реже, но не застрахованы от него. Причины сложны, и некоторые из них восходят к самому процессу производства, например, был ли сиккатив добавлен в начале или в конце партии. Понимание того, как начинается желатинизация, это первый шаг к её предотвращению.
Как выглядит желатинизация краски
Когда краска желатинизируется, она становится густой, тягучей или комковатой. Она перестаёт равномерно стекать из красочного ящика или с анилоксового вала, плохо переходит на печатную форму и запечатываемый материал, а иногда вообще отказывается покидать ёмкость. В крайних случаях краска схватывается в массу, которую невозможно размешать до рабочего состояния. Дефект может проявиться во время производства, при хранении или после того, как банку открыли в печатном цехе.
Шесть причин желатинизации краски
Специалисты, изучающие эту проблему, обычно группируют причины в шесть пунктов:
1. Молекулярная масса смолы в системе слишком высока, что выводит вязкость за рабочий уровень.
2. Содержание твёрдых веществ слишком высоко, даже если сам смоляной связующий имеет низкую вязкость.
3. Кислотное число красковой системы слишком высоко.
4. Пигмент или наполнитель имеет щелочной характер.
5. Содержание сиккатива чрезмерно, или сиккатив был добавлен в неправильном порядке.
6. Содержание растворителя слишком высоко, особенно если растворитель быстросохнущего типа.
Первые две причины имеют физическую природу. Опытный рецептурщик краски или упаковочный печатник, понимающий систему, обычно может их выявить и избежать без особого труда. Остальные четыре, это химические проблемы, и они требуют иного подхода.
Кислотное число и щелочные пигменты
Химические причины сводятся к одному соотношению: кислотно-основному балансу между пигментом и связующим. Кислотные частицы электрофильны, то есть принимают электроны и действуют как доноры протонов. Основания нуклеофильны; они отдают электроны и принимают протоны. Некоторые смолы и растворители амфотерны, способны действовать в обоих направлениях. Вода, спирты, карбоновые кислоты и нитроцеллюлоза входят в эту группу. Алифатические углеводородные растворители находятся на другой стороне картины, поскольку не могут образовывать водородные связи, а пигменты варьируются от сильно кислотных до нейтральных и щелочных.
Проблемы появляются, когда кислотно-основные характеристики пигмента и связующего не совпадают. Сильно кислотная сажа в сочетании с канифольной смолой с высоким кислотным числом, классический пример. В одном задокументированном случае канифольная смола с молекулярной массой всего 330 г/моль желатинизировалась и образовывала наросты при использовании с высококрашенной сажей в быстросохнущей флексографской краске на растворителе, и краска не переходила на запечатываемый материал. Технологические условия усиливают риск. Высокая температура диспергирования, испарение растворителя при перетире и неудачно выбранные добавки подталкивают систему к кислотной реакции.
Решение: согласование кислотно-основного характера
Стандартное решение, сбалансировать систему. Рецептурщик может скомбинировать несколько смол и пигментов так, чтобы их кислотно-основные характеристики взаимно компенсировались, или подобрать растворитель, который подходит обоим. Такое балансирование, обычная практика на заводах по производству краски, и оно работает, потому что желатинизация не случайное событие; она следует предсказуемой химии.
Мицеллы и диапазон критической концентрации
Химическая сторона желатинизации становится заметной в определённый момент. Когда концентрация реагирующих частиц достигает определённого значения, попадающего в довольно узкий диапазон, макроскопические свойства краски резко меняются. На микроскопическом уровне активные молекулы начинают ассоциировать и образуют агрегаты коллоидного размера. Эти агрегаты называют мицеллами или ассоциативными коллоидами.
Мицеллы обладают характерным поведением: они солюбилизируют материал. Вещества, которые были нерастворимы или слаборастворимы, становятся гораздо более растворимыми, эффект набухания, ускоряющий химическую реакцию. Вся последовательность тесно связана с диспергированием пигмента в связующем. Как только краска достигает этого состояния, вязкость быстро растёт, и партия ведёт себя как гель.
Профилактика на практике
Для операторов печатного цеха практические уроки просты. Храните краски в герметичных ёмкостях, чтобы быстрые растворители не улетучивались. Держите дозировку сиккатива в пределах рекомендаций производителя и соблюдайте предложенный порядок добавления. Избегайте перегрева при смешивании или перетире. И когда поступает новая партия пигмента, убедитесь, что её кислотно-основный характер подходит связующему, прежде чем запускать всю партию. Та же дисциплина действует на стороне рецептуры, где выбор смолы и растворителя определяет, останется ли готовая краска текучей в течение всего срока хранения.