La Química en la imprenta, Tinta y Papel. Explorando las principales variables de la impresión

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La Química en la imprenta, Tinta y Papel, el octavo folleto técnico de Sappi

Sappi se compromete a asesorar a imprentas y diseñadores gráficos sobre cómo usar el papel de la manera más eficaz. Proporcionamos muestras impresas y sin imprimir, así como una gama completa de folletos, especificaciones, ideas e información técnica. www.sappi.com/KnowledgeBank

La Química en la imprenta, Tinta y Papel. Explorando las principales variables de la impresión I Introducción

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II Agua y tratamientos del agua Agua y dureza del agua Condiciones del agua y la necesidad de tratarla Tratamiento del agua Elementos y componentes del agua corriente Desionización Ósmosis inversa Efectos del tratamiento del agua

3 3

Introducción a los ángulos de contacto 13 Tensión superficial y energía libre superficial 13 Mojado y absorción 13

4 4 4 4 4

VII Estudio de laboratorio: Mediciones y evaluación de soluciones de mojado

5 5 6 6 7 7

VIII Ejemplos prácticos y soluciones

III Soluciones de mojado Composición de concentrados para mojado El pH Conductividad Buffers El uso de IPA La viscosidad y su relación con la transferencia de líquido Viscosidad y temperatura Influencia de la dosificación de IPA en la viscosidad Corrosión Aditivos anti-acumulación Tensión superficial de soluciones de mojado

VI Interacción entre soluciones de mojado y papel

7 8 8 8 8

Descripción del estudio Repelencia de tinta Conclusiones

14 14 15

Equilibro tinta / agua Interacción solución de mojado / papel Cristalizado del caucho de los rodillos de entintado y de humectación Acumulación

16 16 16

Repelencia de la tinta Backtrap Mottling Deficiente secado de tinta Impresión fantasma mecánica (offset bobina) Impresión fantasma química (offset hojas) Ganancia de punto

17 17 17 17

16

18 18

IV Papel Los componentes del papel 왏 Calidades de papel 왏 Propiedades del papel

9 10 10

lX Observaciones finales

19

V Tintas para impresión offset Composición de la tinta Interacción tinta / solución de mojado Porcentaje de agua en la tinta Interacción entre tinta y papel 왏 Fijación 왏 Arrancado (picking) 왏 Resistencia al roce 왏 Brillo

11 11 11 11 11 11 12 12 1

l Introducción Un producto impreso consta de tres componentes: papel, tinta y solución de mojado emulsionada en la tinta. Estos componentes clave son complejos en su composición y el proceso de conjugarlos de forma que satisfaga a un gran número clientes es un reto difícil. Como fabricante de uno de estos componentes, Sappi ha realizado un estudio del proceso de impresión y desearía brindar su apoyo a los socios de la impresión con este folleto técnico. Su propósito es describir la química del papel, la tinta y la prensa y sus interacciones. Hemos aprendido la importancia de identificar las variables clave en este proceso y desarrollar medidas técnicas para poder controlarlas. Compartiremos algunos de los ensayos que simulan el proceso de impresión, siendo un componente importante para diagnosticar y controlar el proceso. Comenzaremos con el agua, a menudo ignorado pero que resulta muy importante para una impresión perfecta.

2

Dureza del agua

1 blanda

2 media

3 dura

4 muy dura

0 – 1,3

1,4 – 2,5

2,6 – 3,7

> 3,7

0–7

8 – 14

15 – 21

> 21

Dureza total como:

*mmol tierra-alcalina iones/litro Dureza alemana °d Dureza inglesa °e

0–9

10 – 18

19 – 26

> 26

Dureza francesa °f

0 – 13

14 – 25

26 – 37

> 37

* mmol/litre = 1/1000 del peso molecular en gramos por litro Tabla de conversión para diferentes estándares de dureza del agua

II Agua y tratamientos de agua Agua y dureza del agua El agua (H2O) consta de hidrógeno y oxígeno, pero, el agua del grifo que llega al impresor tiene diferentes calidades y diferentes grados de pureza, según su origen (agua subterránea u otra). Incluso en el agua de lluvia limpia existen grasas solubles y partículas de suciedad. El agua subterránea se encuentra bajo la superficie de la tierra y los estratos geológicos por los que discurre el agua, determinarán su composición. Puesto que el agua atraviesa estas capas, absorbe sales solubles, junto con gran cantidad de dióxido de carbono. El poder disolvente del agua depende del tipo de piedra por el que pasa. La piedra caliza, por ejemplo, es insoluble en agua pura, pero, en presencia de dióxido de carbono, la caliza se transforma en bicarbonato cálcico soluble.

Piedra caliza (carbonato cálcico, carbonato magnésico) +

Aparte de la dureza total, también es importante la cantidad de bicarbonato. Ambos parámetros ejercen una clara influencia en la impresión offset, ya que el bicarbonato (HCO3) es también una fuente de carbonato cálcico. La tabla que se encuentra arriba contiene las conversiones de los diferentes estándares de la dureza del agua.

Condiciones del agua y la necesidad tratarla El agua destinada a la producción de soluciones de mojado para la impresión offset, ha de reunir las siguientes condiciones:

dureza según dH

8 –10

= 1.428 – 1.785 mmol CaO/l

dureza carbonato

3–4

= 0,071 – 1,428 mmol HCO3 /l = 65,33 – 87,1 mg HCO3/l

Valor pH

7,2 +/– 0,4

conductividad

max. 320 +/- 30 µS a 20 °C

límite superior cloruro

= 25 mg/l

límite superior nitrato

= 20 mg/l

límite superior sulfato

= 50 mg/l

CO2 – conteniendo agua calcio – bicarbonato magnesio – bicarbonato

Dureza total (°d)

Cantidad de bicarbonato (mg/l)

Relación entre la dureza del agua y el carbonato hidrógeno

Condiciones del agua

Dependiendo de la concentración de las sales de calcio y magnesio, el agua se clasifica en dura o blanda. La dureza se expresa en grados. Un grado de dureza alemana (1°dH) es igual a 10 mg de óxido de calcio por litro de agua.

Cuando estas condiciones no se dan, se requiere una unidad de tratamiento de agua, sobre todo en las circunstancias actuales, considerando las directrices cada vez más estrictas de corrosión por parte de los fabricantes de máquinas.

3

agua desionizada

Na+

Ca2+ y Mg2+

Entrada de agua

Tratamiento del agua

Desionización

Del mismo modo que no podemos beber agua del grifo en cualquier parte, no podemos esperar un agua perfectamente equilibrada apta para la impresión en todos los sitios. Existen varios tipos de métodos de tratamiento del agua (incluyendo desionización y ósmosis inversa). La elección depende de la calidad requerida del agua, así como de la calidad del agua de entrada. Como agua, se puede usar la del grifo del local, aguas de superficie o aguas subterráneas.

y magnesio y normalmente es el primer paso de un proceso de tratamiento. Cuando el calcio y el magnesio se cambian por iones de sodio, se filtra el agua para eliminar la sal que se ha formado.

Elementos y componentes del agua entrada (del grifo) Componentes del agua: 왏 calcio 왏 magnesio 왏 sodio 왏 bicarbonato 왏 cloruro 왏 sulfato 왏 nitrato

왏 왏 왏 왏 왏 왏 왏

hierro oxígeno dióxido de carbono hidrógeno (ion) bacterias algas sustancias flotantes

Es habitual realizar un análisis completo del agua antes de usarla en el proceso de impresión. Algunos iones cuya presencia es típica en el agua pueden reaccionar con el estuco del papel o los pigmentos de la tinta. Conocer los componentes del agua que alimenta las instalaciones, puede explicar algunos de los problemas de la impresión o llevar hacia el método de tratamiento apropiado. Las interacciones entre la tinta, la solución de mojado y el papel pueden verse influidos por la presencia de iones de calcio. La presencia de calcio en la tinta magenta es bien conocida y puede causar acumulación en los cauchos y en la batería de entintado. Los depositos de calcio del estuco o de las soluciones de mojado pueden causar problemas de incrustaciones.

Desionización Para evitar un serio problema de incrustado en mantillas y rodillos de entintado, a menudo se reducen a un mínimo el calcio y el magnesio mediante un proceso de intercambio de iones. Simplemente eliminando uno de los componentes que forman la sal, se previene que aparezcan incrustaciones. El agua desionizada contiene iones de sodio en lugar de calcio 4

Ósmosis inversa Es por todos conocido que una uva pasa que se pone en agua se hincha. El principio es el del equilibrio de la concentración de sal. El proceso puede invertirse filtrando una solución salina a través de una membrana semi-permeable. Este proceso se llama ósmosis inversa. El agua que pasa a través de la membrana (el intercambiador), pierde hasta el 95% de las sales disueltas, sencillamente porque los iones disueltos son demasiado grandes para pasar. La membrana es un compuesto mineral con poros de un tamaño determinado. Las partículas más pequeñas pasan a través de los poros, mientras que los compuestos moleculares de mayor tamaño, o incluso materiales celulares, quedan retenidos. La ósmosis inversa puede funcionar durante muchos años, antes de que necesite un tratamiento de desincrustación. En áreas con un agua muy blanda, es suficiente usar agua nanofiltrada. En este proceso, más sencillo que la ósmosis inversa, el agua sólo pasa a través de un filtro, sin necesidad de otros tratamientos.

Efectos del tratamiento del agua

Ejemplos

pH

Ca2+ mg/l

Mg2+ mg/l

–

–

–

1–3