مزایای امولسیون VAE در جوهرهای چاپ آبی

امولسیون VAE چیست و چرا در فرمولاسیون جوهرهای آب‌پایه ضروری است

تعریف و نقش امولسیون VAE در سیستم‌های جوهر آب‌پایه

VAE، مخفف وینیل استات اتیلن، در واقع نوعی پلیمر قابل انحلال در آب است که از ترکیب مونومرهای وینیل استات و اتیلن از طریق فرآیندی به نام کوپلیمریزاسیون به دست می‌آید. هنگامی که این ماده به عنوان عامل چسباننده اصلی در جوهرهای قابل انحلال در آب استفاده می‌شود، لایه‌هایی بسیار انعطاف‌پذیر و محکم تشکیل می‌دهد که به خوبی به انواع سطوحی مانند کاغذ معمولی، جعبه‌های مقوایی، انواع مواد پلاستیکی و حتی فویل‌های فلزی براق می‌چسبند و نیازی به حضور ترکیبات آلی فرار (VOCs) مضری ندارند که معمولاً با روش‌های سنتی چاپ همراه هستند. دلیل عملکرد عالی VAE، ساختار کلوئیدی پایدار آن است که به پراکندگی یکنواخت پیگمنت‌ها در ترکیب جوهر کمک می‌کند و اطمینان حاکم می‌شود که عملکرد به طور یکنواختی حفظ شود، حتی زمانی که چاپگرها در حین تولید به حداکثر سرعت خود می‌رسند.

ترکیب شیمیایی و پایداری در محیط‌های آبی

ایمولا‌های VAE در محیط‌های مرطوب به خوبی کار می‌کنند، چون تعادل مناسبی بین استات وینیل که باعث چسبندگی بهتر اجزا می‌شود و اتیلن که از سفت شدن بیش از حد مواد جلوگیری می‌کند، ایجاد می‌کنند. اغلب ذرات کوچک‌تر از 500 نانومتر هستند و این امکان را فراهم می‌کند که ایمولاها در محدوده pH کمی اسیدی تا خنثی (حدود 4.5 تا 6.5) پایداری خود را حفظ کنند. این پایداری باعث کاهش خطر تجمع و فاسد شدن در هنگام نگهداری روی قفسه‌ها می‌شود. تولیدکنندگان این پایداری را دوست دارند، چون می‌تواند ماندگاری محصول را به مدتی بیش از 12 ماه افزایش دهد. این مدت زمان در حدود 40 درصد بیشتر از ماندگاری ایمولا‌های آکریلیکی سنتی است، مطابق با تحقیقات منتشر شده در نشریه‌های علمی پلیمر در سال گذشته.

مقایسه با چسب‌های جایگزین: آکریلیک‌ها، استایرن و رزین‌های پایه حلال

راتین‌های آکریلیک در برابر آسیب ناشی از UV مقاومت خوبی دارند، اما یک مشکل وجود دارد و آن این است که معمولاً نیاز به پلاستیسایزرها دارند که باعث می‌شود بازیافت آن‌ها واقعاً دشوار شود. از نظر قدرت چسبندگی به سطوحی مانند فویل فلزی، صنعت مشاهده کرده است که چسب‌های استایرنی نسبت به سیستم‌های VAE حدوداً ۲۳٪ کم‌تر عمل می‌کنند. گزینه‌های پایه‌دار حلال ۵ تا ۸ بار VOC بیشتری نسبت به معادل‌های VAE خود آزاد می‌کنند، که این امر با قوانین سخت‌گیرانه محیط زیستی مانند دستورالعمل اتحادیه اروپا ۲۰۰۴/۴۲/CE در تضاد است. با در نظر گرفتن تمام این عوامل، بیشتر تولیدکنندگان جوهر، به امولسیون‌های VAE روی آورده‌اند. حدود دو سوم از تولیدکنندگان به سادگی به این دلیل که این امولسیون‌ها عملکرد بهتری دارند و بدون اینکه هزینه‌های زیادی را متقبل شوند، استانداردهای پایداری مدرن را رعایت می‌کنند، سویچ کرده‌اند.

چسبندگی بهبود یافته و دوام چاپ با استفاده از امولسیون‌های VAE

علم چسبندگی قوی به زیرلایه و یکپارچگی فیلم

امولسیون‌های VAE به دلیل داشتن زنجیرهای پلیمری انعطاف‌پذیر که در واقع پیوندهای کووالانسی ایجاد می‌کنند، در عین حال که فیلم را به اندازه کافی محکم نگه می‌دارند، پیوندهای بسیار قوی با زیرلایه‌ها ایجاد می‌کنند. در مقایسه با مواد چسبنده سفتی که معمولاً مشاهده می‌کنیم، کوپلیمر استات وینیل و اتیلن به شکلی متفاوت عمل می‌کند. در طول فرآیند خشک‌شدن، این ماده تطبیق پیدا کرده و پیوندهای عرضی ایجاد می‌کند که منجر به تشکیل شبکه‌های مولکولی متراکمی می‌شود که به راحتی از هم باز نمی‌شوند. تحقیقات اخیر در سال 2024 نیز چیز جالبی نشان داده‌اند. آزمایش‌ها آشکار کردند که جوهرهای ساخته‌شده با VAE حدود ۴۲ درصد استحکام لایه‌برداری بهتری نسبت به گزینه‌های آکریلیک معمولی دارند، هنگامی که روی سطوح فلزی آزمایش می‌شوند. این اختلاف عملکردی تفاوت چشمگیری در کاربردهای واقعی ایجاد می‌کند که در آن‌ها دوام اهمیت بیشتری دارد.

عملکرد روی زیرلایه‌های متخلخل (کاغذ، مقوا) در مقابل غیرمتخلخل (پلاستیک، فویل)

مطالعه موردی: بهبود کیفیت و دوام چاپ در بسته‌بندی انعطاف‌پذیر

یک تولیدکننده اروپایی پس از انتقال به جوهرهای امولسیونی VAE، کاهش ۵۷ درصدی در پوسیدگی جوهر روی کیسه‌های عمودی گزارش کرد که این موضوع تحت شبیه‌سازی حمل و نقل ISTA 3A تأیید شد. ظرفیت بارگیری پیگمان ۱۸ درصدی بیشتر در این فرمولاسیون، از نشت رنگ جلوگیری کرد بدون اینکه انعطاف‌پذیری قربانی شود — حتی پس از ۵۰۰۰ چرخه تا — و نیازمندی‌های FDA برای بسته‌بندی مواد غذایی را برآورده کرد.

مقاومت بلندمدت در برابر سایش، رطوبت و پیری در شرایط واقعی

آزمون‌های شتاب‌دهنده پیری نوری (ASTM G154) نشان می‌دهند که فیلم‌های VAE پس از 1200 ساعت قرار گرفتن در معرض UV، 91% از براقیت اولیه خود را حفظ می‌کنند و در مقایسه با هیبریدهای استایرن-اکریلیک 23 درصد بهتر عمل می‌کنند. پایداری هیدرولیتیک آنها از تغییر ویسکوزیته در محیط‌های با رطوبت بالا (>85% رطوبت نسبی) جلوگیری می‌کند و آنها را برای استفاده در مناطق گرمسیری مناسب می‌کند.

مزایای محیطی و انطباق با مقررات VAE در تولید جوهرها

انتشار کم VOC و هماهنگی با استانداردهای محیطی جهانی

فرمول‌بندی جوهرها بر اساس فناوری VAE باعث کاهش تقریبی ۸۰ درصدی انتشار ترکیبات آلی فرار نسبت به گزینه‌های سنتی حلال می‌شود. این امر باعث انطباق آن‌ها با قوانین مهم زیست‌محیطی مانند قانون هواپاک از آژانس حفاظت از محیط زیست ایالات متحده (EPA) و مقررات REACH اتحادیه اروپا می‌گردد. سیستم‌های مبتنی بر آب عموماً کمتر از ۵۰ گرم در لیتر از این مواد شیمیایی مضر را آزاد می‌کنند که بسیار پایین‌تر از حد مجاز ۲۵۰ گرم برای محصولات مبتنی بر حلال است. سطح پایین‌تر انتشار به معنای هوای پاک‌تر در داخل کارخانه‌ها و خطرات کمتر برای سلامت کارگرانی است که ساعات طولانی را در مجاورت تجهیزات چاپ سپری می‌کنند. بسیاری از تولیدکنندگان به این گزینه‌های دوستدار محیط زیست تنها به این دلیل روی آورده‌اند که می‌خواهند هم کارکنان خود و هم محیط زیست اطراف را بدون قربانی کردن کیفیت چاپ محافظت کنند.

کاهش ردپای کربنی در مقایسه با فناوری‌های جوهر مبتنی بر حلال

امولسیون‌های VAE حدود ۳۰ تا ۴۰ درصد گازهای گلخانه‌ای کمتری نسبت به رزین‌های مبتنی بر نفت خام که سال‌هاست از آنها استفاده می‌کنیم، تولید می‌کنند. چرا؟ خوب، اولاً در فرآیند تولید به انرژی بسیار کمتری نیاز دارند، چون دیگر لازم نیست از فرآیندهای پخت بسیار داغ استفاده شود. علاوه بر این، دیگر کسی مجبور نیست حلال‌های سمی زیادی را بسوزاند. و بهتر از همه، این امولسیون‌ها بسیار خوب با سیستم‌های خشک‌کننده کم‌مصرف امروزی ما کار می‌کنند. یک مطالعه اخیر انجمن بسته‌بندی پایدار در سال ۲۰۲۳ نیز چیز جالبی نشان داد. وقتی شرکت‌ها به جوهرهای مبتنی بر VAE تغییر می‌دهند، زنجیره تأمین آنها در هر بار تولید حدود ۲٫۱ تن معادل کربن از انتشار دی‌اکسید کربن کم می‌کند. برای درک بهتر این موضوع، این مقدار تقریباً معادل برداشتن نزدیک به پانصد خودروی معمولی از جاده‌ها در هر سال است.

تحلیل چرخه حیات: مزایای پایداری در مقایسه با سیستم‌های چاپ سنتی

ارزیابی‌های کامل چرخه حیات تأیید می‌کنند که جوهرهای امولسیون VAE در تمام شاخص‌های کلیدی پایداری عملکرد بهتری نسبت به سیستم‌های پایه حلال و سیستم‌های درمان‌شده با UV دارند:

علاوه بر این، سیستم‌های VAE از گردش مجدد بسته‌بندی آب در کارخانه‌های چاپ پشتیبانی می‌کنند و قابلیت 98٪ تجزیه‌پذیری را در شرایط کمپوست صنعتی فراهم می‌کنند.

کاربرد چندگانه امولسیون VAE در تکنیک‌های چاپ مدرن

بهینه‌سازی امولسیون VAE برای کاربردهای چاپ فلکسوگرافی

امولسیون‌های VAE برای چاپ فلکسو به خوبی کار می‌کنند، زیرا می‌توان آن‌ها را از نظر ویسکوزیته تنظیم کرد و خشک شدن آن‌ها نیز نسبتاً سریع است. وقتی فرمول‌دهنده‌ها چیزهایی مثل اندازه ذرات پلیمر را در محدوده تقریباً ۰٫۱ تا ۰٫۵ میکرون و همچنین درصد ماده جامد را در حدود ۴۵ تا ۵۵ درصد تنظیم می‌کنند، این امر به انتقال بهتر جوهر از طریق غلطک‌های آنیلاکس کمک می‌کند، بدون اینکه از وضوح تصویر کاسته شود. نکته جالب این است که انجام این نوع تنظیمات باعث کاهش مشکلات میست (ذرات پراکنده جوهر) در حدود ۴۰ درصد نسبت به سیستم‌های اکریلیک معمولی می‌شود، مطابق آزمایش‌هایی که در سال گذشته روی ماشین‌های چاپ واقعی انجام شده است.

سازگاری با فرآیندهای چاپ گراور و جوهرافشان دیجیتال

امولسیون‌های VAE از نظر شیمیایی خنثی هستند که این ویژگی آن‌ها را برای کاربردهای چاپ گراور و جت جوهر دیجیتال بسیار قابل اعتماد می‌کند. به ویژه در مورد چاپ گراور، این مواد رفتاری شبه پلاستیک از خود نشان می‌دهند که به حفظ ثبات در هنگام آزادسازی جوهر از سلول‌های تراش‌خورده بسیار ریز (عموماً با عمق ۲۰ تا ۴۰ میکرومتر) کمک می‌کند. بازار جوهرهای جت جوهر نیز شاهد تحولات جالبی بوده است. تولیدکنندگان شروع به اصلاح فرمول‌های VAE کرده‌اند تا عملکرد بهتری در سیستم‌های جت جوهر داشته باشند. این نسخه‌های اصلاح‌شده باید دارای کشش سطحی کمتر از ۳۵ میلی‌نیوتن بر متر باشند تا از گرفتگی نازل‌ها جلوگیری شود. این تنظیم در واقع به چاپگرها امکان می‌دهد تا وضوح قابل توجهی در حدود ۱۲۰۰ نقطه در اینچ (dpi) روی انواع کاغذهای خاص و سایر بسترها غیراستاندارد که امروزه تقاضای زیادی توسط مشتریان دارند، دست یابند.

سفارشی‌سازی برای بسترهای متنوع و نیازهای عملکردی صنعتی

تحلیل بازار در سال 2024 نشان می‌دهد که 78٪ از چاپگرهای صنعتی از جوهرهای مبتنی بر VAE در کاربردهای چندماده‌ای به دلیل پروفایل چسبندگی انعطاف‌پذیر آن استفاده می‌کنند:

بینش‌های روند: افزایش پذیرش در بخش‌های چاپ سریع و صنعتی

روندهای تولید پایدار، منجر به افزایش 62 درصدی تقاضا برای امولسیون‌های VAE در خطوط بسته‌بندی که با سرعت بالای 600 متر بر دقیقه کار می‌کنند، شده است. توسعه‌دهندگان پیشروی جوهر، دو مزیت VAE — انطباق با استاندارد بدون ترکیبات آلی فرار (Zero VOC) و عملکرد مکانیکی قوی — را به عنوان عوامل کلیدی این رشد معرفی می‌کنند، به ویژه در بسته‌بندی انعطاف‌پذیر ایمن برای مواد غذایی که سیستم‌های واکسنجی با اشعه ماوراء بنفش (UV) در آن محدودیت دارند.

فرمول‌بندی جوهرهای پایه آبی با عملکرد بالا با استفاده از امولسیون‌های VAE

پارامترهای اصلی فرمولاسیون: نسبت بایندر، pH و عوامل همپیوستی

برای اینکه امولسیون‌های VAE بهترین عملکرد را داشته باشند، غلظت بایندر باید در محدوده 15 تا 25 درصد حفظ شود. این محدوده به دستیابی به تعادل ظریف بین خواص چسبندگی خوب و انعطاف لازم کمک می‌کند. سطح pH عامل دیگری است که نقش بحرانی دارد. حفظ آن در محدوده تقریباً 8/0 تا 9/0 از بروز مشکلات ناپایداری کلوئیدی جلوگیری می‌کند. همچنین نباید از مواد ادغام‌کننده (Coalescing agents) مثل Texanol® که معمولاً در سطوح 2 تا 5 درصد اضافه می‌شوند، غفلت کرد. این مواد در فرآیند تشکیل فیلم کمک‌های بزرگی می‌کنند، زیرا به بهتر شدن ادغام واقعی پلیمرها کمک می‌کنند. وقتی این محدوده‌های پیشنهادی رعایت نشوند، مشکلاتی مانند ترد شدن مواد یا از دست دادن جلا و براقیت ظاهری خود را نشان می‌دهند. برخی آزمایش‌های اخیر که به طور خاص برای کاربردهای بسته‌بندی انعطاف‌پذیر انجام شده‌اند، یافته‌های جالبی را به همراه داشته‌اند. محتوای بایندر حدود 18 درصد در سطح پلی‌اتیلن، منجر به نرخ چسبندگی 95 درصدی شده است. چنین عملکردی باعث می‌شود این پارامترها از نظر کاربردی در محیط‌های تولیدی اهمیت زیادی پیدا کنند.

کنترل ویسکوزیته، زمان خشک شدن و خصوصیات تشکیل فیلم

امولسیون‌های VAE به تولیدکنندگان کنترل خوبی روی سطوح ویسکوزیته از حدود 200 تا 2000 میلی‌پاسکال ثانیه را از طریق تنظیم وزن مولکولی فراهم می‌کند. این موضوع به حفظ جریان یکنواخت جوهر در هنگام چاپ فلکسوگرافی کمک می‌کند و همچنین باعث کاهش تشکیل میست در سرعت‌های بالا روی ماشین‌های چاپ می‌شود. برخی از انواع خشک‌شونده سریع حاوی مخلوط‌های خاصی از مواد فعال سطحی هستند که امکان خشک شدن در مدت زمان 20 تا 40 ثانیه را در دمای حدود 70 درجه سانتی‌گراد فراهم می‌کنند. این زمان خشک شدن سریع برای تطبیق صحیح رنگ‌ها در چندین مرحله چاپ بسیار مهم است. فیلم‌های VAE به‌خوبی تهیه شده در واقع می‌توانند بیش از 90 درصد شفاف شوند که در مقایسه با رزین‌های آکریلی که معمولاً شفافیت آن‌ها بین 75 تا 80 درصد است، بسیار واضح‌تر هستند. این تفاوت در برخی از کاربردهای بسته‌بندی که شفافیت ضروری است، بسیار قابل توجه است.

پراکندگی موثر رنگدانه و پایداری کلوئیدی در سیستم‌های VAE

گروه‌های کربوکسیلات موجود در پلیمرهای VAE به حفظ پایداری پیگمنت‌ها مانند دی‌اکسید تیتانیوم و فتالوسیانین از طریق نیروهای الکترواستاتیک کمک می‌کنند، که این امر امکان دستیابی به اندازه ذرات بسیار ریز حدود یا زیر ۵ میکرون را فراهم می‌آورد. همین عامل باعث جزئیات تیز و دقیق در چاپ‌ها می‌شود. در مورد مواد اصلاح‌کننده رئولوژی، این مواد با نگه‌داشتن پتانسیل زتا در محدوده بین ۳۰- تا ۵۰- میلی‌ولت، از تجمع کردن ذرات پیگмент جلوگیری می‌کنند. در نتیجه، پایداری کلوئیدی خوبی نیز به دست می‌آید. بیشتر فرمول‌ها پس از شش ماه نگهداری، کمتر از ۳٪ تغییر در ویسکوزیته نشان می‌دهند. در مقایسه، در سیستم‌های استایرن-آکریلیک، ویسکوزیته در همین دوره زمانی بین ۸ تا ۱۲٪ تغییر می‌کند. این تفاوت عملکرد بلندمدت را به‌طور قابل توجهی تحت تأثیر قرار می‌دهد.

‫سوالات متداول‬

امیولسیون VAE چیست؟

VAE، یا وینیل استات-اتیلن، نوعی پلیمر پایه آب است که به عنوان عامل چسباننده در جوهرها عمل می‌کند و انعطاف‌پذیری و چسبندگی قوی به سطوح مختلفی از جمله ورق‌های پلاستیکی و کاغذی فراهم می‌کند.

چرا امولسیون VAE نسبت به رزین‌های پایه حلال ترجیح داده می‌شود؟

ایمولاژن VAE از این جهت ترجیح داده می‌شود که ترکیبات آلی فرار (VOCs) کمتری را انتشار می‌دهد، چسبندگی بهتری ارائه می‌دهد و با مقررات سختگیرانه زیست‌محیطی هماهنگ است.

مزایای زیست‌محیطی استفاده از جوهرهای مبتنی بر VAE چیست؟

جوهرهای مبتنی بر VAE انتشار VOC را به‌طور چشمگیری کاهش می‌دهند، مصرف انرژی را پایین می‌آورند و در مقایسه با جوهرهای متداول پایه حلال، ردپای کربنی کوچک‌تری دارند.

عملکرد VAE در بین زیرلایه‌های متخلخل و غیرمتخلخل چگونه متفاوت است؟

VAE نفوذپذیری الیاف و استحکام چسبندگی را در زیرلایه‌های متخلخل افزایش می‌دهد، در حالی که کشش سطحی پایین آن پوشش یکنواختی را در مواد غیرمتخلخل فراهم می‌کند.