مروری بر جوهرهای چاپ بر پایه رزین های اکریلیکی آب پایه

- مقدمه
قبل از اواسط دهه 1970 ، رزین¬های بر پایه روزین فوماریت (مانند نمک های سدیم و آمین روزین) اصلی¬ترین رزین¬های مورد استفاده در جوهرهای آب پایه بودند، خواص این رزین¬های محلول روزین آب پایه کاملاً مشابه خواص رزین¬های فنولیک روزین و مالئیک روزین پنتا¬اریتریتول¬استرهای مورد استفاده در جوهرهای چاپ لیتوگرافی بود. این دسته از رزین¬ها به دلیل قیمت کم، خاصیت ذاتی پراکنش رنگدانه و قابلیت اصلاح گرانروی و سختی به میزان دلخواه، تا زمان بوجود آمدن چاپ لترپرس مورد استفاده قرار می¬گرفتند. ولیکن با جایگزینی چاپ گراور و فلکسوگرافی آبی به جای سیستم¬های حلالی، این رزین-ها قادر به برآوردن نیازهای سیستم های جدید نبودند.
جهت دستیابی به محدوده گسترده خواص و گرانروی، استفاده از پلیمرهای امولسیونی رواج پیدا کرده¬است. زیرا از یک سو گرانروی کم آن¬ها استفاده از آن¬ها را در جوهرهای چاپ گراور و فلکسو میسر می¬ساخت و از سوی دیگر با تغییر وزن مولکولی، دمای انتقال¬شیشه¬ای و توزیع اندازه ذرات، امکان دستیابی به خواص مختلف جوهر تولیدی فراهم می¬شد. در نتیجه استفاده از پلیمرهای امولسیونی در ساخت جوهرهای چاپ گراور و فلکسوگرافی جهت چاپ بر روی بسته¬ها، کارتن¬های کاغذی، جعبه¬ها، پاکت¬ها، روزنامه¬ها و دیگر زیرآیندهای منعطف و محصولات کاغذی رواج پیدا کرد. لازم به یادآوری است که موارد مهم در طراحی پلیمرهای امولسیونی مورد استفاده در جوهرهای چاپ پایداری پراکنش رنگدانه¬ها، تشکیل فیلم در دمای محیط و انحلال¬پذیری مجدد جوهر می¬باشد که در بسیاری از انواع امولسیون جوهرها، رزین کمکی این وظیفه را بر عهده دارد. این رزین تا 60 درصد جامد امولسیون را تشکیل می¬دهد و تا 90 درصد نیاز به مواد سطح فعال و پایدارکننده را کاهش می دهد.
2- انواع جوهر

جوهرها بر اساس نوع چاپ به دو دسته جوهرهای فلکسو و گراور تقسیم¬بندی می¬شوند.
جوهر فلکسوگرافی دارای گرانروی کم است تا برای انتقال جوهر از حوضچه جوهر توسط غلتک¬ها به سیلندر چاپ و از آن جا به زیرآیند، مناسب باشد. این جوهر با تبخیر حلال (آب) در دستگاه که به خشک¬کن¬های گردش هوا مجهز است خشک می-شود.
جوهر گراور نیز دارای گرانروی کم است و خواص رئولوژیک آن مناسب برای انتقال جوهر از سلول¬های کوچک حاوی جوهر به زیرآیند می باشد. دمای جوش حلال¬های به کار رفته در این جوهرها کم و در نتیجه خشک شدن سریع است.
3- مواد تشکیل دهنده جوهرها
جوهرهای چاپ گراور یا فلکسو ترکیبی از پلیمر، رنگدانه، حلال،
واکس، فعال کننده سطح، عوامل شبکه¬ای کننده و افزودنی¬ها هستند.
پلیمر محمل عامل انتقال رنگدانه¬ها (پخش رنگدانه¬ها از یک سو و جلوگیری از ایجاد کلوخه آن¬ها از سوی دیگر) و نیز جزء اصلی ایجاد خواص مورد نیاز جوهرهای چاپ است. شبکه شاخه¬ای پلیمر به زیرآیندهای متخلخل نفوذ و با ایجاد سطح براق اثر بصری مورد نظر را ایجاد می¬کند. ساختارهای پلیمری اکسید شده یا شبکه¬ای شده، در مقابل مواد شیمیایی که با چاپ در تماس هستند، سایش و همچنین عوامل محیطی نظیر دمای زیاد، چرخه ذوب-انجماد، ازن، نور، اکسایش و رطوبت مقاومند. از سوی دیگر پلیمر، گرانروی و خواص رئولوژیکی لازم برای انتقال از دستگاه چاپ به زیرآیند را فراهم می کند.
جزء دیگر یک آمیزه جوهر چاپ، رنگدانه است که وظیفه ایجاد رنگ را بر عهده دارد. در اغلب موارد از انواع رنگدانه¬های آلی به علت ثبات رنگ و شفافیت آن¬ها استفاده می شود. در جدول 1 نمونه¬ای از یک فرمولاسیون پیشنهادی عمومی برای جوهرهای گراور یا فلکسو آمده است.لازم به ذکر است که فرمول جوهر چاپ غالبا جهت دستیابی به ویژگی¬تکرارپذیری تولید و بر حسب نیاز مشتری اصلاح می گردد.
تولید اغلب جوهرهای چاپ با استفاده از واسطه¬های پراکنش رنگدانه، محمل امولسیونی، محمل حلالی و ترکیب امولسیونی واکس صورت می پذیرد. استفاده از این واسطه¬ها، تعداد مواد خام مورد استفاده در تولید جوهر چاپ را کاهش داده، باعث تسریع در تولید و همچنین تولید در مکانی نزدیک به مشتری نهایی می-شود.



جدول 1- فرمولاسیون پیشنهادی عمومی برای جوهرهای گراور یا فلکسو

4-واسطه های جوهر
4-1 پراکنش رنگدانه
پراکنش رنگدانه از طریق پراکنش رنگدانه خشک (که عملیات آمایش سطح روی آن انجام شده) در یک محلول پلیمر در آب به دست می آید. همزن¬های پر سرعت جهت دیسپرس کردن رنگدانه خشک در محمل آبی به کار می روند و غالباً پلیمرهای به کار رفته، رزین¬های استایرن¬-اکریلیک با جرم مولکولی کم تا متوسط، انیدریدمالئیک¬استایرن و روزین¬فومارات¬استر می¬باشند. درجه پایداری پراکنش رزین (که مستقیما به قدرت رنگدهی مربوط است)، پایداری گرانروی جوهر، شفافیت و pH با استفاده از پلیمرهای حاوی گروه¬های نمکی و عاملیت هیدروکسیل ایجاد می¬شود. در جدول 2 به برخی از این پلیمرها اشاره شده است.
جدول 2- پلیمرهای محلول مورد استفاده در پراکنش رنگدانه


پایداری پراکنش¬های رنگدانه آلی از یک سو با استفاده از عوامل سطح فعال آنیونی پلیمری باعث جذب قوی روی سطح قطبی رنگدانه شده و از سوی دیگر با استفاده از گروه¬های هیدروکسیل باعث ایجاد پیوند با فاز آبی می¬شود.
به دلیل بزرگی نسبی ذرات رنگدانه (100-0.02 میکرومتر) و ایجاد ذرات با اندازه 1.5-0.5 میکرومتر در پراکنش رنگدانه، از پلیمری با اندازه 200-20 نانومتر استفاده می شود، زیرا پلیمریزاسیونی با ذرات کوچک تر از این مقدار به دلیل حرکت ناکافی و دسترسی به کل سطح رنگدانه جهت تر کردن آن، توانایی ایجاد پراکنش پایدار رنگدانه را نخواهد داشت.
رنگدانه¬های مورد استفاده در جوهر فلکسو و گراور آبی به صورت کیک فشرده خشک و یا تراشه ارائه می¬شوند. کیک فشرده پراکنش رنگدانه در آب با درصد جامد زیادست که از طریق فرآیندهای مختلف خشک شدن تولید می¬شود. از سوی دیگر تراشه¬ها شکل خشک ذرات رنگدانه دیسپرس شده در پلیمر هستند.
بر روی اکثر رنگدانه¬های مورد استفاده در پراکنش رنگدانه مورد استفاده در جوهر چاپ، عملیات آمایش سطح با یک رزین سازگار با شیمی سطح رنگدانه صورت می¬گیرد. پلیمر به عنوان یک محلول آبی در طول مرحله خرد کردن رنگدانه اضافه و به سطح رنگدانه از طریق پیوندهای شیمیایی و یا فیزیکی متصل می-شود. از این مرحله به بعد رنگدانه¬ها با نام رنگدانه¬های رزینی¬شده خوانده می¬شوند. این مرحله جزئی از فرآیند تولید رنگدانه است که باعث به حداقل رساندن کلوخه و در نتیجه افزایش عمق رنگ و عملکرد بهتر در فرآیند پراکنش می شود. مسئله مهم در این جا استفاده از رزین¬ها یا پلیمرهایی است که با رزین¬ها و پلیمرهای قابل استفاده در پراکنش رنگدانه¬ها سازگار بوده و در عین حال با آن¬ها واکنش ندهند. به علاوه این رزین¬ها و پلیمرها بایستی با محمل امولسیونی یا حلالی جوهر نیز سازگار باشند. ایراداتی که در صورت وجود ناسازگاری بروز خواهد کرد عبارتند از: کلوخه شدن رنگدانه (و در نتیجه از دست دادن قدرت رنگدهی)، افزایش گرانروی در تنش کم (خاصیت تیکسوتروپی) که باعث تغییر رئولوژی جوهر و قابلیت چاپ ضعیف (انتقال جوهر نامنظم) می¬شود.
4-2 محمل امولسیونی
محمل امولسیونی انتقال جوهر را از طریق حمل ذرات آن انجام می¬دهد که نهایتا خواص چسبندگی، براقیت، گرانروی کم، قابلیت چاپ، انحلال¬پذیری مجدد در آب، مقاومت به گرما و مواد شیمیایی همراه با قیمت کم را فراهم می¬کند. اکثر محمل¬های امولسیونی جوهرهای چاپ، پراکنه¬های پلیمری هستند که از استایرن-اکریلیک¬ها، ترپلیمرهای استایرن، آلفا¬متیل¬استایرن و دیگر منومرهای اکریلیکی مثل اتیل¬اکریلات، متیل¬اکریلات، بوتیل¬ اکریلات،2-اتیل¬هگزیل¬اکریلات، متاکریلیک¬اسید، اکریلیک¬اسید، 2-هیدروکسی¬اتیل¬اکریلات و آمینواکریلات تشکیل شده¬اند. جهت دستیابی به خواص مختلف می توان نوع منومر به کار رفته در جوهر چاپ را تغییر داد.
محمل¬های امولسیونی از طریق پلیمریزاسیون امولسیونی در آب در حضور عوامل سطح فعال پایدارکننده تولید می¬شوند. در این¬جا گرانروی به وزن مولکولی وابسته نبوده و تنها به درصد جامد و توزیع اندازه ذرات بستگی دارد. در نتیجه پلیمرهایی با وزن مولکولی بالاتر از 200.000 گرم بر مول را می¬توان با گرانروی کم
تولید کرد.










امولسیون¬های با اندازه ذرات کوچک خواصی مشابه رزین¬های حلالی داشته و علاوه بر آن مزایایی از جمله گرانروی کم، شباهت به رئولوژی نیوتونی، پایداری pH، قطبیت کم و انحلال¬ناپذیری پس از خشک شدن و مقاومت به آب را ارائه می¬کنند.
اکثر امولسیون های جوهرهای چاپ دارای رزین کمکی هستند که این رزین حداقل دمای تشکیل فیلم را پایین آورده و پیوستگی فیلم را تضمین می¬کند. رزین کمکی همچنین نیاز به عوامل سطح فعال را کم کرده، خاصیت خیس شدن مجدد را به جوهر می دهد، سازگاری با پراکنش رنگدانه و انتقال جوهر و قابلیت چاپ¬شدن را بهبود می¬بخشد. رزین¬های کمکی عموماً پلیمرهای استایرن-اکریلیک با عاملیت اسیدی خنثی شده با آمین هستند.
در جدول 3، خواص امولسیونی و خواص فیزیکی محمل¬های امولسیونی استایرن-اکریلیک مورد استفاده در جوهرهای فلکسو و گراور آمده است. لازم به ذکر است که محمل های امولسیونی 35- 25 درصد کل فرمول جوهر را تشکیل می دهند.
استفاده از رزین¬های کمکی مختلف در ساخت محمل امولسیونی در بخش 4 به¬صورت تفضیلی مورد بحث قرار گرفته است.
4-3 محمل حلالی
محمل¬های حلالی شامل پلیمرهای محلول در آب هستند که ازطریق پلیمریزاسیون امولسیونی تولید نمی¬شوند. محمل محلول، یک پلیمر قلیایی محلول در حلال آبی یا مخلوط پلیمرها با خواص
ترکیبی است که یک جلای آب پایه به دست می¬دهد.
پلیمرهای محلول از طریق واکنش پلیمریزاسیون رادیکال آزاد در یک حلال تحت عنوان محصولات افزایشی یا تراکمی در دمای تا 265 درجه سانتیگراد تولید می¬شوند. هدف از استفاده از محمل-های حلال، افزایش چسبندگی و بهبود ویژگی چاپ شدن یا انتقال جوهر است. خواص محمل¬های حلالی عبارتند از پایداری پراکنش رنگدانه، شفافیت، دمای کم تشکیل فیلم، براقیت و انحلال¬پذیری مجدد.









یک رزین حلالی قلیایی، پلیمری با عاملیت کربوکسیلیک است که با آمونیاک، آمین یا هیدروکسیدسدیم خنثی و در نتیجه پایدار شده¬است. عددهای اسیدی به دست آمده در این¬جا معمولاً بیش از 100 هستند. در اکثر جوهرهای آبی به غیر از چاپ روزنامه از آمونیاک یا آمین¬های فرار استفاده می¬شود. بعد از تبخیر آمین، رزین به صورت نامحلول و مقاوم در برابر آب در می¬آید ولی برای چرخه تمیزکاری می توان از خاصیت انحلال¬پذیری مجدد به کمک آب قلیایی استفاده کرد. برای جوهر چاپ روزنامه، پلیمرها با استفاده از هیدروکسیدسدیم دوباره پایدار می¬شوند تا خاصیت انحلال¬پذیری مجدد (زمان گشودگی) جوهر در چاپ تامین شود. در استفاده از جوهر چاپ ترجیح با زمان گشودگی نامحدود و چرخه¬های کوتاهتر تمیزکاری است و از سوی دیگر خاصیت مقاومت در برابر آب از آن جهت که جوهر در الیاف کاغذ روزنامه نفوذ می¬کند اهمیت چندانی ندارد.
پلیمرهای حلالی اصلی که در جوهر چاپ استفاده می شوند بر پایه استایرن یا روزین می¬باشند. از منومر ¬آلفا¬متیل¬استایرن و کومنومرهای با خاصیت اسیدی (مثل اکریلیک یا متاکریلیک¬اسید) تعداد بسیاری از محمل¬های محلول اکریلیک در صنعت جوهر چاپ تولید می¬شود.
گرانروی محمل¬های پلیمری آبی شدیداً به وزن مولکولی وابسته است. برای جوهرهای فلکسو و گراور ویژگی¬های کارکردی مطلوب مانند مقاومت سایشی و حرارتی همراه با گرانروی کم مورد نیاز است. آمین¬های فرار که برای خنثی¬سازی عاملیت اسیدی مورد استفاده قرار می¬گیرند منجر به تغییر pH، ناپایداری گرانروی، کاهش پایداری پراکنش رنگدانه و مقاومت قلیایی ضعیف می¬شود و بنابراین باید در استفاده از آن¬ها دقت کافی بکار رود.
استایرن-¬اکریلیک¬های محلول در آب از طریق پلیمریزاسیون رادیکال آزاد در حلال¬های اتر¬گلایکول سنتز می¬شوند و جدا کردن حلال از روش¬های معمول یا ویژه انجام می¬شود. خواص پلیمرهای محلولی مرسوم در جدول 4 آمده است.

جدول4- پلیمرهای محلولی مرسوم

4-4 پودرها و امولسیون¬های واکس آب پایه
استفاده از واکس¬های طبیعی و واکس¬های سنتزی در جوهرهای چاپ معمول است. این مواد ویژگی مقاومت در برابر سایش، خراش و یا آب را افزایش می¬دهند. امولسیون¬های واکسی آب پایه با اندازه ذرات 175-35 نانومتر توسط تولیدکننده¬های مختلف تولید می¬شوند. از جمله این واکس¬ها می توان به امولسیون¬های پلی¬اتیلن و پروپیلن اشاره نمود.
بعضی واکس¬ها را می توان برای دستیابی به اندازه ذرات کوچکتر از خرد کردن ذرات پراکنش رنگدانه، به¬دست آورد که در این صورت به عنوان پودر تحت همزدن به جوهر اضافه می¬شوند.
4-5 افزودنی های جوهر
خنثی¬کننده آمینی، جهت پایدارسازی رزین¬ها با عاملیت کربوکسیلیک¬اسید به جوهر چاپ افزوده می¬شود. آمین با رزین حاوی کربوکسیلیک¬اسید واکنش داده و یک نمک محلول در آب تولید می¬شود. در اینجا بیشتر از آمین¬های فرار مثل دی¬اتیل¬آمینو-اتانول (DMAE)، مورفولین یا آمونیاک استفاده می شود تا از به دست آمدن محصول چاپ مقاوم در برابر آب در حین خشک شدن یا تبخیر آمین اطمینان حاصل شود. نوع آمین مورد استفاده بر حسب سرعت دستگاه چاپ، pH مورد نیاز، سرعت تبخیر و ظرفیت خشک کردن دستگاه چاپ انتخاب می¬شود. هیدروکسید-سدیم معمولا در جوهر چاپ روزنامه جهت تامین انحلال¬پذیری مجدد (زمان گشودگی) جوهر روی چاپ به کار می رود.
ترکیب شبکه¬ای شونده نیز به پلیمر اضافه می¬شود تا پیوندهای کووالانسی لازم جهت دستیابی به خواص مورد نیاز از جمله مقاومت شیمیایی و قدرت کششی فیلم را فراهم کند. ترکیباتی نظیر کمپلکس¬های آمونیوم روی یا اکسید روی با گروه¬های عاملی کربوکسیلیک¬اسید موجود واکنش می¬دهند. همچنین ممکن است از پلیمرهای امولسیونی خودشبکه¬ای شونده برای این منظور استفاده کرد.
از یک عامل سطح فعال برای کاهش کشش سطحی و در نتیجه افزایش میزان پخش شدن جوهر و ترکنندگی زیرآیند به خصوص در مواردی که از فیلم¬های فرآوری نشده یا قسمتی فرآوری شده بکار می¬رود. کشش سطحی آب dynes cm-1 72 است در صورتی که کشش سطحی یک فیلم اتیلنی بعد از فرآوری سطح حدود dynes cm-140-30 است. عوامل سطح فعال باعث افزایش تمایل به ایجاد کف در جوهر شده و بنابراین تعادل این عوامل و ضدکف¬ها را بایستی به دقت در فرمول جوهر برقرار کرد. ضدکف به منظور کاهش میزان کف به جوهر اضافه می¬شود، از سوی دیگر می¬توان از پودر ریز سیلیکا به منظور افزایش گرانروی و ایجاد صافی روی سطح فیلم چاپ شده یا دستیابی به خواص سایشی استفاده کرد.
افزودنی دیگر بازدارنده خوردگی است که به منظور جلوگیری از خوردگی قسمت¬های فولادی دستگاه چاپ به جوهر اضافه می-شود.
5- پلیمریزاسیون امولسیونی با استفاده از رزین کمکی
پلیمریزاسیون امولسیونی اکریلیک در دهه¬های اخیر برای تهیه و فرمول¬بندی رزین¬های مختلفی که در صنعت چاپ مورد استفاده قرار می¬گیرند مورد بهره¬برداری قرار گرفته است. با وجود این دیدگاه که اکریلیک¬ها به حد نهایی پیشرفت خود دست یافته¬اند، همچنان تحقیقات بر روی آن¬ها ادامه دارد. سیستم¬های هیبریدی مانند اکریلیک-¬پلی¬استر و اکریلیک-¬پلی¬یورتان طی سال¬های اخیر توانایی¬هایی از خود برای گسترش این بخش از کاربردهای رزین آب پایه نشان داده¬اند.
بازار جوهرهای آب پایه برای صنایع چاپ و پوشش با سرعت زیاد در حال گسترش است و در حال رسیدن به نقطه¬ای است که در گذشته فقط از کارایی رزین¬های پایه حلال به دست می¬آمد. این پیشرفت شامل جوهرهای سرعت بالای گراور، جوهرهای منعطف و پوشش های مقاوم در برابر شوینده¬ها و مواد شیمیایی است. ساختار پلیمرهای آب پایه و روش¬های سنتز آن¬ها که از جوهرهای قدیمی برای چاپ فلکسو آغاز شده ¬بود، امروزه به جوهرهای نوین و چندکاره با کیفیت بالا برای استفاده نهایی تبدیل شده¬اند.
در سالیان اخیر روش عمومی ساخت رزین جوهرهای چاپ، سنتز پلیمرها به دور هسته¬ای از محلول یک رزین استایرن-اکریلیک جامد دارای وزن مولکولی متوسط بوده¬است. این جزء محلولی، پلیمریزاسیون امولسیونی در مکان را با استفاده از میزان کمتری از مواد سطح فعال و امولسیفایرها پشتیبانی می¬کند. میزان پلیمر محلول در سیستم، خواص مختلفی از جمله قدرت ترکنندگی، انتقال رنگدانه و قابلیت انحلال پذیری مجدد جوهر را در محصول ایجاد می¬کند ، در حالی¬که بخش پلیمر امولسیونی خواص گوناگونی مانند براقیت، خشک شدن سریع، چسبندگی و مقاومت به آب را در پی خواهد داشت.
مطالعات نشان می¬دهد که نه تنها میزان پلیمر محلول در سیستم بر روی خواص نهایی جوهر تاثیر خواهد داشت، بلکه نوع رزین مصرفی مانند استفاده از رزین¬های غیر¬اکریلیکی تاثیر بسزایی بر روی خواص پلیمر نهایی خواهد داشت.
میزان استفاده از پلیمر کمکی (پلیمر محلول) در جدول 5 نشان داده شده است.
جدول 5-پلیمرهای کمکی
A میزان استاندارد رزین کمکی استایرن-آکریلیک
B مخلوط رزین کمکی با وزن مولکولی مختلف
C درصد زیاد رزین کمکی

یکی از موارد مصرف پلیمرهای اکریلیک سخت، در جوهرهای گراور آب پایه می باشد. در هنگام طراحی رزین برای استفاده در چاپ¬های گراور با سرعت زیاد، خواص نهایی محصول مانند تر شدن مجدد، سرعت خشک شدن، قابلیت چاپ و تحمل تنش زیاد باید مورد توجه قرار گیرد. در دستگاه¬های چاپ¬ جدید، اگر جوهر یا پلیمر مورد استفاده حاوی ذرات بزرگ و ساینده باشد ممکن است به سیلندرهای دستگاه آسیب بزند. بنابراین با تعیین اندازه ذرات می توان این ویژگی را در پلیمرهای مختلف بررسی کرد. شکل 1 تغییرات اندازه ذرات را در ساختارهای مختلف پلیمری که در بالا به آن¬ها اشاره شده¬است، نشان می دهد. لاتکس شامل میزان استاندارد از پلیمر کمکی استایرن-¬اکریلیک (A)، توزیع اندازه
شکل 1-تغییرات اندازه ذرات محصولات جدول 5

ذرات گسترده¬ای دارد که به ذراتی با اندازه بزرگتر منتج خواهد شد. در محصول(B) که از پلیمرهای کمکی استایرن-¬اکریلیک با جرم مولکولی¬های مختلف تشکیل شده، دامنه تغییرات کمتر است. همچنین توزیع اندازه ذرات کوچکتر با افزایش میزان پلیمر کمکی (C) حاصل خواهد شد. اندازه ذرات کوچکتر و توزیع باریکتر آن منجر به کارآیی بهتر جوهر در چاپ گراور و تر شدن بهتر می-شود.
ویژگی دیگری که در جوهرهای مورد استفاده در چاپ گراور و فلکسو وجود دارد، پایداری هنگام ترکیب با سایر پلیمرها و مواد اولیه است. اندازه ذرات کوچکتر، پلیمرهایی با وزن مولکولی کمتر را تولید می¬کنند. در بسیاری از پلیمرها می¬توان گفت که وزن مولکولی کمتر با سازگاری بهتر رزین که ناشی از پایداری گرانروی است ارتباط پیدا می کند.


شکل 2- مقایسه اندازه ذرات رزین¬های B,C,PE

بررسی¬ها روی ساختارهای شیمیایی غیراکریلیک نشان می¬دهد اندازه ذرات کوچکتر را می¬توان با استفاده از کاربرد یورتان¬ها و پلی¬استرها در روی شاخه اصلی پلیمر کمکی به دست آورد. شکل2 کاهش اندازه ذرات را در پلیمر حاوی پلی¬استر در مقابل حالت¬های B و C که دارای پلیمر کمکی استایرن¬اکریلیک بودند نشان می¬دهد.
پلی¬یورتان آب پایه با سیستم لاتکس استایرن-¬اکریلیک واکنش داده
و کاهش اندازه ذرات نهایی را همراه با کم شدن توزیع اندازه ذرات در بر خواهد داشت (شکل 3). هر دو سیستم پلی¬استر و پلی¬یورتان سازگاری و پایداری مناسبی را با سیستم جوهر از خود نشان می¬دهند. پلیمر پلی¬استر-¬اکریلیک سرعت حرکت جوهر و قابلیت تر شدن مجدد آن را در چاپ گراور افزایش می¬دهد در حالی¬که پلی¬یورتان-اکریلیک مقاومت به شوینده و مواد شیمیایی را بالا می¬برد.
جنبه دیگری که در چاپ های مدرن مورد توجه قرار می¬گیرد طراحی پلیمری با توانایی تحمل نیروی برشی بیشتر از 1000 فوت بر دقیقه است. در این حالت باید جوهر به سرعت روی سطح یکنواخت و خشک شود. بنابراین قدرت تحمل نیروی برشی بالا یکی از ویژگی¬هایی است که جوهرها باید داشته باشند.
شکل4 نشان می¬دهد که پلیمر طراحی شده با درصد بیشتر پلیمرکمکی (C) در مقایسه با محصول(A)، رفتاری شبیه به رفتار نیوتنی در تنش برشی کم دارد. محصول حاوی مقدار متوسط از رزین کمکی استایرن-اکریلیک (A) به داشتن گرانروی تنشی کم تمایل دارد و بنابراین ویژگی¬های یکنواختی و جریان پذیری آن تضعیف شده خواهد شد.


شکل 3- مقایسه اندازه ذرات رزین¬های B,C,PU

استفاده از ساختار پلی¬استر برای جوهرهای چاپ گراور، رفتار نیوتونی مطلوبی را فراهم می¬کند. بنابراین می¬توان انتظار داشت که در آینده نزدیک کارایی جوهرهای ساخته شده با این ساختار نسبت به امولسیون¬های استایرن-اکریلیک استاندارد به طرز مشهودی بهبود یابد.
توانایی حفظ گرانروی تحت نیروی تنشی به براقیت زیاد جوهر ساخته شده با این ساختار منجر می¬شود (شکل 5). افزایش قدرت یکنواخت شوندگی سطح هنگام استفاده از پلی¬استر و پلی¬یورتان با اندازه¬گیری براقیت در زاویه 80 درجه قابل بررسی است. استفاده از درصد بیشتر رزین کمکی نسبت به حالت استاندارد نیز به براقیت بهتر منجر خواهد شد.
استفاده از محصول استایرن-اکریلیک به عنوان پلیمر کمکی نرم نیز در جدول 6 نشان داده شده است. این گروه از محصولات که به طور عمده حاوی بوتیل¬اکریلات و 2-هگزیل¬اکریلات هستند، در بخش واکنش پلیمریزاسیون امولسیونی، برای داشتن Tg کمتر در محدوده 40-10 درجه سانتیگراد مورد استفاده قرار می¬گیرند.
جدول 6-پلیمرهای کمکی نرم
D نسبت کم رزین کمکی استایرن-اکریلیک
E نسبت استاندارد رزین کمکی استایرن-اکریلیک
F رزین های با جرم مولکولی زیاد یا جرم مولکولی ترکیبی

پلیمرهای جدول 6 در ساخت فیلم¬ها و فویل¬های منعطف برای استفاده¬های گوناگون بکار می¬روند. برای بررسی ویژگی¬هایی مانند چسبندگی و شفافیت می¬توان تغییرات اندازه ذرات و کشش سطحی را مطالعه کرد. نسبت¬های کم رزین کمکی استایرن-اکریلیک با هدف افزایش ویژگی¬های پایداری و سرعت بالای خشک شدن بر روی سطوح غیر جاذب بکار می¬روند. از سوی دیگر کاهش مقدار رزین کمکی منجر به تشکیل ذرات بزرگتر و در نتیجه میانگین اندازه ذرات بیشتر نسبت به حالت استاندارد رزین محلول(E) می¬گردد(محصول (D)). با استفاده از رزین دارای اندازه ذرات کمتر (E) می¬توان به شفافیت و براقیت بیشتر دست یافت.
درشکل 6 محصولات (D) و (E) با هم مقایسه شده¬اند.


شکل 4- رابطه¬ گرانروی با تنش برشی در رزین¬هایA,C


شکل 5- رابطه¬ گرانروی با تنش برشی در رزین¬هایA,C,PE,PU


شکل 6- تغییرات اندازه ذرات محصولات D و E

رابطه کشش سطحی جوهر و کارایی چاپ از طرق مختلف در صنعت مورد بررسی و تحقیق قرار گرفته است. پلیمرهای آب پایه نقش عمده¬ای را درتولید محصولاتی با انرژی سطحی کم ایفا می¬کنند. مواد سطح فعال و الکل¬ها را می¬توان برای تغییر در کشش سطحی به فرمولاسیون جوهر اضافه کرد. شکل 7 پلیمری حاوی درصد کم از رزین کمکی (D) را نشان می¬دهد که کشش سطحی بالاتری نسبت به پلیمرهایی دارد که با درصد استاندارد رزین کمکی (E) یا درصد زیاد رزین کمکی (F) تهیه شده¬اند. با افزایش تنش در این پلیمرها، کشش سطحی دینامیک به میزان قابل توجهی در سیستم¬های حاوی رزین کمکی بیشتر کاهش می¬یابد. این محصولات چسبندگی و خواص تر شدن بهتری بر روی فیلم-های مختلف دارند.


شکل 7- تاثیر میزان رزین کمکی بر روی کشش سطحی
منابع:
1. P.Laden, Chemistry and Technology of Water Based Inks, Chapman and Hall, 1997
2. Dieter Urban, Koichi Takamura, Polymer Dispersions and Their Industrial Applications, Wiley-VCH Verlag GmbH, 2002