Algumas pessoas pensam que é tolice tentar predizer o futuro, mas a maioria de nós sabe onde está indo. Matemáticos e outros estudiosos desenvolveram ferramentas para predizer a ocorrência de eventos. Estes prognósticos influenciaram e mapearam sem nenhuma consistência de eventos passados as previsões de futuro.
Algumas pessoas pensam que é tolice tentar predizer o futuro, mas a maioria de nós sabe onde está indo. Matemáticos e outros estudiosos desenvolveram ferramentas para predizer a ocorrência de eventos. Estes prognósticos influenciaram e mapearam sem nenhuma consistência de eventos passados as previsões de futuro.
Vince Cahill, Presidente, VCE Solutions; Dene Taylor, Ph.D., Presidente, SPF In
Neste artigo, nós vamos examinar a história da química e da cura da impressão por jato de tinta, para calcular o que o futuro pode trazer. Entender como estas tecnologias evoluíram pode nos ajudar a planejar os passos futuros. Para manter o caminho dos passos do desenvolvimento do jato de tinta, nós conversamos com os desenvolvedores da tecnologia, visitamos suas operações e frequentamos as principais exposições e conferências.
Voltando ao básico
Impressão com jato de tinta envolve muitos elementos tecnológicos, todos processados com diferentes padrões. Os “chips” dos computadores que fazem e processam os dispositivos de impressão estão se desenvolvendo a uma razão conhecida como “Lei de Moore”. Gordon Moore, um Fundador da Intel, propôs em 1965 que o número de transistores em um “microchip” dobrará a cada ano(1). Em 1975 Moore(2) revisou seu projeto duplamente a cada dois anos. Muitos usaram a “Lei de Moore” para descrever qualquer crescimento na indústria dependente de processadores e reviu o dobramento da capacidade a cada dezoito meses e por quase o mesmo preço por unidade. Alguns acreditam que o dobramento da capacidade a cada dezoito meses e por três anos para circuitos de processadores de computador (baseados no fluxo da corrente elétrica) vai ter seu fim por volta de 2015 a 2019, quando seu projeto de circuitos vai decrescer até alguns átomos de largura. Aumentos na complexidade de software e de demanda de memória têm somente dois fatores que possam retardar os dispositivos baseados em processadores.
Outros componentes são aperfeiçoados numa razão bem menor. Muitas partes mecânicas de impressoras tais como motores, engrenagens, correias e rolamentos sofreram aperfeiçoamentos mínimos, a um ritmo ínfimo. Em equipamento de impressão, fabricantes usam motores de tração direta (DDL-direct drive linear) e os codificadores para impressão jato de tinta melhoraram a precisão e a velocidade da impressão significantemente.
Fotos pag. 2 – Impressora DGen S / Impressora Agfa: Jeti 3324 Aquajet / Tecidos Coloridos da Hollander Colorburst XL
O desenvolvimento de pigmentos e corantes nas tintas de impressão a jato de tinta se baseou largamente nos desenvolvimentos de processos análogos de tingir tecidos, pinturas e tintas. O processo de impressão a jato de tinta precisa de pigmentos moídos muito mais finos em tamanho de partículas e com pureza maior do que em processos de impressão análogos. Também necessita que as misturas de tinta que sejam muito menos viscosas. Enquanto que tivemos algum desenvolvimento nos pigmentos, tivemos um desenvolvimento significante na química dos polímeros para dispersão de pigmentos em jatos de tinta.
Pigmentos sintéticos como branco de chumbo ou o silicato de cálcio e cobre do azul egípcio foram usados em conjunto com pigmentos naturais como óxido de ferro e o carvão dos tempos antepassados. O número de pigmentos e corante sintético cresceu exponencialmente depois que William Henry Perkin descobriu o primeiro corante de anilina produzido comercialmente, o corante mauveine (púrpura), em 1856. Um dos últimos crescimentos violentos em corantes ocorreu centenas de anos depois em 1956 com a Imperial Chemicals Industries (ICI) que desenvolveu o corante Procion, o primeiro corante fibro-reativo que formava ligações covalentes com fibras de celulose e protéicas. Em 1957 a Ciba introduziu o Cibacron, um outro corante fibro-reativo para competir com o corante tipo Procion. A Ciba-Geigy revelou um novo corante fibro-reativo com água fria, Cibacron F, baseado em flúor e não em cloro.
A expansão acelerada do desenvolvimento de pigmentos e corantes, entretanto, demorou cerca de 110 anos depois da descoberta da anilina por Perkin. No final dos anos 60, com a descoberta do envenenamento de crianças pelo alto nível de chumbo contido nas tintas, o governo restringiu e baniu o uso dos pigmentos e corantes baseados em chumbo e em metais pesados na maioria das aplicações. A União Européia também restringiu o uso de alguns corantes de azo. Testes toxicológicos determinaram que numerosos corantes eram cancerígenos e muitas jurisdições baniram seus usos. O crescimento em advertências e em leis sobre substâncias perigosas causou uma redução no número de corantes.
O aumento de advertências dos perigos da exposição de alguns produtos químicos e seus perigos ao meio ambiente levou a criação da US Occupational Safety and Health Administration (OSHA) em 1970. No mesmo ano, O Congresso Americano decretou legislação para limpeza do ar e água de produtos químicos perigosos. Governos ao redor do mundo começaram a controlar e restringir o uso desses produtos. Muitas formulações de tintas incluindo compostos orgânicos voláteis (VOCs) foram consideradas perigosas. Produtores de tintas buscaram alternativas para as tintas baseadas em solventes.
Durante os anos 70, produtores de tintas desenvolveram sistemas de tintas de impressão baseadas em sistemas à base de água e em curas UV/EB. A formulação dessas tintas ajudou ao subseqüente desenvolvimento das soluções do jato de tinta. Geralmente, os sistemas à base de água e de cura UV/EB apresentavam poucos perigos para os usuários e ao meio ambiente. Entretanto, estes sistemas não estão livres de todos os perigos e requerem manuseio cuidadoso e de acordo com as diretrizes de uso do MSDS(3-4).
Os mandatos e regulamentos do Governo podem tanto atrasar ou acelerar os desenvolvimentos tecnológicos, justamente como guerras, recessões, depressões e desastres naturais podem também constranger ou acelerar o progresso. A recente recessão pode ter acelerado o declínio da impressão análoga enquanto acelerou o crescimento da impressão digital.
Fotos Pag. 3 – Impressora Meccanica QualJet HS / Impressora Mimaki JFX-1632 / Impressora Roland LEC-330
Impressora Roland SolJet III XC-540 MT / Impressora Screen Truepress Jet UV-F
Recentemente, nós passamos por um período de significante contração econômica que diminuiu a disponibilidade de capital para a criação de novos empreendimentos e algum desenvolvimento tecnológico. Este período também testemunhou o declínio de muitas aplicações de impressão análogas e um relativo crescimento na adoção de soluções de impressão digital. Isto proporcionou que algumas empresas financeiramente estáveis expandissem seus esforços em pesquisas e desenvolvimento para posicioná-las para capturar mais negócios e criar novas oportunidades em tempo para uma recuperação econômica.
Por exemplo, a Industrial Inkjet Limited (IIJ Ltd.) no Reino Unido, um representante da cabeça de impressão da Konica Minolta fora da Ásia, informou que houve uma estabilidade nos pedidos de desenvolvimento de sistemas para cabeças de impressão. Enquanto os tremores da recessão persistem, sinais de uma pequena recuperação estão aparecendo. Mas as maiores conseqüências da queda da economia levaram a maiores mudanças na maneira de como os negócios são conduzidos e como a tecnologia é empregada. A maior força motriz durante e imediatamente depois de uma contração econômica é a eliminação de despesas desnecessárias e a reposição dos sistemas de desperdício que são menos influentes na demanda de mercado.
Tecnologias de jatos de tinta e outras impressões digitais rompem outros métodos de impressão análoga como offset, litografia, serigrafia e gravuras. O jato de tinta geralmente desperdiça menos tinta, requer menos etapas de produção e trabalho e é mais responsável pela demanda do cliente. Também proporciona custos mais efetivos, são customizadas, soluções de impressão em pequenas produções e garantem programas de entrega imediata que os clientes necessitam para limitar o risco de estoques altos.
Como o crescimento da demanda por aplicações e capacidades do jato de tinta, veremos a necessidade de novos e mais consistentes produtos químicos para alcançar os requisitos dessas aplicações. É a química do jato de tinta que decora e imprime a mensagem ou imagem que precisa sobreviver às intempéries e o ambiente de uso e limpeza. É a química que necessita sobreviver longamente às necessidades de desempenho e pelos abusos cometidos contra a impressão. A química do jato de tinta envolve muitos componentes que os desenvolvedores têm que enfrentar e reunir todas as funções de todos os componentes juntos para obter os resultados necessários.
Este artigo foi publicado no Jornal da SGIA no segundo trimestre de 2010. Os gráficos e imagens foram atualizadas/alteradas do artigo original.
Tradução: Sylvio B. Mraz
Para ver o artigo completo, acesse:
Cortar o texto aqui e colocar o link para o site (o que vai abaixo é a continuação, que deve ir para o site também… Para o site, não esquecer de tirar esse crédito acima, pois ele já consta no final da matéria.)
Componentes do jato de tinta: Interação dos Corantes e Pigmentos com as Cabeças de Impressão
A tecnologia do Jato de Tinta faz o que as tecnologias análogas fazem, mas com um volume de produtos menor e grande desperdício. Enquanto as cabeças de impressão forçam a sua química através de bicos extremamente finos, as aberturas em telas de malha fina podem ser bem menores. E a força de ação do rodo contra a tela em contato com a superfície ocasiona maior transferência da tinta com partículas de pigmento significantemente maiores, viscosidade e volume do que a cabeça de impressão do jato de tinta permite: malha com 355 fios por polegada e diâmetro do fio de 34 microns usados no processo de impressão da cor, tem 29 microns de abertura de malha.
Estas aberturas são 18% menores do que a abertura da cabeça de impressão Dimatix Galaxy 256/30 JA, que produz gotas de cerca de 28 picolitros com um diâmetro de bico de 36 microns. O processo de serigrafia usa tintas com viscosidades de 1.000 cP até mais de 40.000 cP, enquanto que a viscosidade do fluido de uma cabeça de impressão Dimatix Galaxy é de 8-20 cP.
O aumento de advertências dos perigos da exposição de alguns produtos químicos e seus perigos ao meio ambiente levou a criação da US Occupational Safety and Health Administration (OSHA) em 1970.
A tecnologia do Jato de Tinta faz o que as tecnologias análogas fazem, mas com um volume de produtos menor e grande desperdício
As maiorias dos sistemas de jato de tinta usam tintas com viscosidades que são menores do que 6 cP. A maioria dos bicos de cabeça de impressão de jatos de tinta para artes gráficas são maiores do que 20 microns de diâmetro. As partículas de pigmentos nas tintas devem ser menores do que 2% da largura do bico para evitar entupimentos.
Aplicando isto em impressões de jato de tinta, as partículas de pigmento devem ser menores do que 0,72 microns para o uso na cabeça de impressão Galaxy 256/30 JA e de 0,4 microns para cabaças de impressão com 20 microns de diâmetro. Os comprimentos de ondas de luz variam de 0,4 a 0,7 microns. Partículas menores do que 0,2 microns são menos da metade do que o comprimento de onda da luz visível e são inerentemente transparentes.
Tabela 1
Cabeças de impressão com bicos mais largos, como na impressora Dimatix Galaxy 256/80 JA que usa bicos com um diâmetro de 52 microns e produz uma gota de volume de 80 pl, pode imprimir partículas tão grandes como um mícron e pode ocasionar opacidade. Partículas de pigmento de jato de tinta para processo colorido, que precisam ser transparentes, necessitam de uma moagem e filtragem mais refinada do que tintas de impressão de métodos análogos e tipicamente têm um tamanho variando de 0,06 a 0,2 microns. Isto é mais do que adequado para superar os efeitos de bloqueio em qualquer tipo disponível de cabeça de impressão.
Se você tem intenção de preservar a consistência e longevidade da impressora, as tintas e outros produtos químicos não devem estragar o dispersor. Serígrafos selecionam o tipo de rodo apropriado, quadros da matriz e material da tela que agüentem os rigores do processo de impressão e da exposição à tinta. Igualmente, cabeças de impressão de jato de tinta devem suportar vários tipos de química da tinta. Quase todas as cabeças de impressão de jato de tinta podem usar tintas à base de óleo, que praticamente não secam, solidificam ou corroem as partes dentro da cabeça de impressão. Algumas cabeças de impressão podem tolerar a exposição à água, enquanto outras não. Cabeças de impressão Epson DX4, DX5 e DX6 toleram tintas à base de água e podem durar anos de uso. As mesmas cabeças, com um mínimo de modificação, também podem tolerar tintas à base de solvente e ecossolventes. Mas essas cabeças não são recomendadas para uso com tinta de cura de radiação (UV).
A maioria das cabeças de impressão “Xaar” pode usar tintas à base de solventes, mas nenhuma pode usar tintas aquosas. Enquanto o desenho da Xaar nas paredes do canal da tinta do modo piezo permite um pequeno conjunto de bicos, a configuração dos eletrodos do atuador no canal da tinta se corrói quando expostos a tintas aquosas. Companhias que têm licença de compartilhar as patentes das cabeças de impressão da Xaar modificaram o desenho das cabeças de impressão em alguns de seus modelos. Elas foram modificadas para tolerar tintas à base de água mudando a configuração do canal da tinta e colocaram os eletrodos para atuar do lado de fora dos canais da tinta, nos espaços entre os canais.
John Corrall, Diretor Gerente da IIJ declarou que enquanto a Konika Minolta designou sua cabeça de impressão KM256 para uso com tinta à base de água de baixa viscosidade (< ou = 6 cPs), as cabeças de impressão KM512X e Y AQ podem tolerar o uso com tintas à base de água e têm o mesmo espaço dos bicos como os modelos das cabeças de impressão com tinta à base de óleo, solventes e para cura UV. Enquanto que as cabeças de impressão térmicas da IIJ funcionam otimamente com tintas aquosas de baixa viscosidade, alguns parceiros da Hawlett Packard SPS desenvolveram tintas de cura UV à base de glicóis para uso nas cabeças IIJ, incluindo as tintas da Imtech PremMark e Atlantic Zeiser.
Diferente dos pigmentos que são suspensos em meios que são dissoluções de base de corante em solvente. Moléculas do corante em solução são extremamente pequenas, que variam de 0,0015 a 0,004 micrometros (1,5 a 4,0 nanômetros), e passam através do bico sem perigo de entupir. Alguns corantes, entretanto, são menos solúveis que outros. Corantes sublimados e dispersos têm solubilidade limitada em água e necessitam de aditivos dispersantes para prevenir que se separem da solução devido à evaporação do solvente e se aglomerem e bloqueiem os bicos de jato de tinta, principalmente depois de períodos extensos quando a impressora não estiver operando. Formuladores também adicionam agentes umectantes, tais como glicóis como a glicerina ou polietileno glicol, em tintas aquosas com corantes de sublimação e dispersos para retardar a evaporação na temperatura ambiente. Tintas de corantes sublimado-dispersos também são encontradas em sistemas à base de solventes, óleos e mesmo com sistemas de curas com UV.
Como o crescimento da demanda por aplicações e capacidades do jato de tinta, veremos a necessidade de novos e mais consistentes produtos químicos para alcançar os requisitos dessas aplicações.
A química da impressão a jato de tinta derivou da química da impressão análoga. Corantes têxteis e pigmentos de negro de carbono são alguns dos primeiros corantes usados para impressões de jato de tinta. Corantes de jatos de tinta ácidos, reativos e dispersos são os mesmos usados em impressões serigráficas. Tintas serigráficas para tecidos à base de corantes usam espessantes, como alginatos, para fornecer as características de alta viscosidade requeridas nesses processos de serigrafia. Formulações de tintas têxteis para jatos de tinta, por outro lado, evitam usar agentes espessantes e ao contrário incluem agentes umectantes para conservar a tinta fluida, inibindo a evaporação e a tinta secar entre os bicos da cabeça de impressão. Analogamente, tintas à base de óleo e solventes usam componentes e corantes iguais aos desenvolvidos para métodos de impressão serigráfica e similares.
Formulações de tintas para jato de tinta, entretanto, têm uma viscosidade bem menor para atender os requisitos das cabeças de impressão usadas. A química das tintas de jato de tinta curadas com raios UV, que também derivaram de impressões análogas e revestimentos, usam diferentes monômeros e oligômeros das tintas análogas, mas tintas de jato de tinta necessitam de baixa viscosidade e demandam resinas de baixo peso molecular. Pigmentos geralmente fornecem a cor para quase todas as tintas à base de óleo, solvente e cura por radiação e para uma larga porção de tintas de impressão de largo formato à base de água. Corantes proporcionam a cor para impressoras de mesa e para algumas impressoras de fotos e para algumas impressoras têxteis de fibras específicas. A Tabela 1 mostra alguns corantes de tinta.
Pós-Processo do Jato de Tinta
Impressões de jato de tinta para tecidos foram desenvolvidas usando-se corantes e pigmentos dos métodos de impressão originais que também necessitam da etapa de pós-processos como fixação e lavagem com corantes não sublimados. Esses processos necessitam equipamentos adicionais que adicionam significante custo que incluem energia e força de trabalho e também problemas com o meio ambiente. Estes custos e preocupações ajudaram o desenvolvimento e adoção da impressão digital de tecidos. Muitos grupos procuraram desenvolver uma simples tinta que poderia imprimir com jato de tinta todos os tecidos com a desejada propriedade de não necessitar de custosos pós-processos que os corantes convencionais requerem.
Hitoshi Ujiie, Professor Assistente de Desenho Têxtil da Universidade da Philadelphia liderou um projeto para desenvolver um conjunto de corantes “universais” em que cada um pudesse imprimir com jato de tinta em diversas fibras têxteis. O projeto previa que a disponibilidade de um conjunto de corantes universais para impressão em tecidos “abaixaria o estoque complexo de corantes na indústria, reduziria o tempo ocioso de equipamentos e minimizaria os restos de corante nos efluentes da impressão(5).” Este grupo investigou o uso de uma única formulação usando o elemento boro. Uma vez que o projeto não desenvolveu uma solução comercialmente viável, ele revelou as mudanças no desenvolvimento de um conjunto de corantes universais.
Outras tentativas para desenvolver um conjunto de corantes que eliminariam ou minimizariam a necessidade do pós-processamento para impressões jato de tinta em tecidos tiveram vários graus de sucesso. Impressão de jato de tinta para transferência por sublimação ganhou várias aprovações para impressão de tecidos sintéticos de poliéster e similares para sinalização leve e aplicações em roupas. Isto ocorreu devido ao custo efetivo da transferência de cor por calor e da eliminação do pós-processamento úmido associado aos outros corantes. Impressão direta de corante disperso com aquecimento acoplado está também crescendo como solução para sinalização leve, reduzindo a necessidade de lavagem posterior. Corantes sublimados e dispersos são da mesma família de corantes. Corantes sublimados podem ter um peso molecular menor do que alguns corantes dispersos. Os mesmos corantes são usados em ambas as impressões, com corantes sublimados ou diretos.
Em 1999, uma pequena companhia de Las Vegas, Jet Effects, anunciou um revestimento para tecidos que poderia fixar corantes reativos, ácidos e diretos sem fervura, mas requeria uma pós-impressão com aquecimento para prevenir manchas de água. A Jet Effects se tornou em Color Textiles em 2000. Em 2001, ela introduziu uma linha comercial de tecidos que incluía seus revestimentos em algodão, seda, lona, raion, mistura de algodão e poliéster e veludo. Esta linha vende no segmento de confecções, mas não ganhou o mercado principal de tecidos.
Outras companhias de revestimento de tecidos puseram seus focos no suprimento de tecidos para impressoras de jato de tinta com tecidos revestidos que aumentavam a performance de impressoras de jato de tinta aquosas, baseadas em solventes e em cura UV. Estas companhias incluem: 3P Textiles, DigiFab, Fisher Textiles, GuangZhou ABT Diigital TEchnology Co., Ltd., InteliCoat Technologies, Jacquart Inkjet Textiles, Sandong Limei Digital Technology Materials Co., Ltd., e Sihl. Alguns esforços recentes foram feitos para desenvolver tintas para jato de tinta para uma larga gama de tecidos sem pós-processamento molhado utilizando partículas de tamanho nanônicos.
Tintas de pigmentos brancos e metálicos são particularmente um desafio para dispersão em jato de tinta. Pigmento branco de Dióxido de Titânio e pigmentos metálicos têm tendência de se separar da suspensão. Quando isto ocorre no canal da tinta de uma cabeça de impressão, isto gera o entupimento do canal e do bico. Mecanismos de circulação e agitação da tinta, ao longo da manutenção das cabeças de impressão e limpeza, ajudam a evitar o entupimento. A cabeça de impressão Dimatix Samba PIJ inclui um circuito de reciclagem da tinta. A cabeça Xaar 1001 requer um dispositivo acoplado ao sistema de recirculação da tinta. A Rolland DGA Corporation também introduziu um mecanismo de recirculação para uso nas cabeças de impressão da Epson para imprimir tintas brancas e metálicas.
Na parte 2 deste artigo vamos examinar em detalhes as propriedades químicas e de cura de uma variedade de tipos de tinta.
Vince Cahill, Presidente da VCE Solutions, oferece serviços de consultoria para as companhias da Fortune 500 e para outros negócios que operam em industrias de impressão análogas ou digitais. Ele serviu como CEO da Datametrics Corpo. Bem como o desenvolvedor principal e tecnológico da Newhill Technologies and GDI que são devotados em aplicações de impressão digital.
vince@vcesolutions.com
Dene Taylor, Ph.D. é um Consultor Técnico das industrias de impressão e de embalagem. Ele esteve envolvido nos primeiros desenvolvimentos da impressão digital de largo formato quando era gerente técnico com James River Graphics, mais tarde Roxan Graphics, e teve um envolvimento contínuo nesta área desde então. Um químico de nanopartículas pelo treinamento, ele é dono de mais de vinte patentes nos EUA.
dene@spf-inc.com
(1) , 1975 Moore, G.E., (1965), “Garimpando mais componentes nos circuitos integrados,” Electronics, Vol. 38, Numero 8, 19 de Abril de 1965.
(2) Moore, G.E. (1975),”Progresso nos eletrônicos digitais integrados.” Electronic Devices Meeting Internacional, Volume 21, 1 a 3 de Dezembro de 1975.
(3) “Segurança do Processo de cura UV/EB,! www.cartomer.com/litdetail.aspx?prid-6010.
(4) “Imagem Digital: Tintas a Base de Água e HSE,” Fact Sheet 3 PMAI 2004.
(5) National Textile Center Research Briefs – Chemistry Competency. Junho de 2006, Conjunto Universal de corantes para impressão Digital de Tecidos, Hitoshi Ujiie, Krishna Bhat, Charles Bock, Nancy Howard (PhilaU).
NOTA DO TRADUTOR ;
cP = centiPoise (medida de viscosidade)
PL = picolitro (medida de volume)
Este artigo foi publicado no Jornal da SGIA no segundo trimestre de 2010. Os gráficos e imagens foram atualizadas/alteradas do artigo original.
Tradução: Sylvio B. Mraz
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