Impresión digital con pigmentos: una iniciativa a tener en cuenta

Por: Herculano Ferreira, Pedro Dupláa S. Ferreira.

T W10232 Impresión Digital Con Pigmentos: Una Iniciativa A Tener En Cuenta - Productos Químicos Textiles

Participamos en varios proyectos que involucran tintas pigmentadas digitales.

En uno de ellos, una de las compañías textiles más grandes de Brasil cuestionó sobre las condiciones de aplicación de pigmentos en la estampación de moda femenina y en otros segmentos. Como tantas otras, esta compañía estampa sus trabajos con colorante reactivos, principalmente en tejidos livianos de viscosa.

Se realizó un trabajo donde se involucraron  varios equipos técnicos y creativos que  generó un gran volumen de investigaciones, estudios y experimentos.

Las preguntas y razones que caben  son las mismas de la industria de estampación digital textil en todo el mundo:

1 – ¿La solidez frote en húmedo de  la estampación con pigmento en qué punto de 1 a 5 de la escala  de grises  se encuentra? ¿Se superó el punto crítico de 3 a 3,5 de la escala de grises?

2 – ¿Los colores con pigmento a qué rendimiento llegan hoy comparados con los colorantes?

3 – ¿En qué fibras la estampación digital con pigmentos puede ser aplicada con seguridad?

4 – ¿Qué ventaja, en economía y sustentabilidad, el pigmento ofrece comparado con los colorantes?

5 – ¿Qué layout, equipos y procesos son más indicados?

En este trabajo se probaron, prácticamente, todas las opciones de pigmentos y pre tratamientos disponibles en el mercado y los resultados mostraron  tres importantes limitaciones:

• La solidez permanece en el intervalo de 3 — 3,5.

• Los colores mejoran mucho, a pesar de permanecer como «colores de pigmento».

• Los distintos sistemas y procesos de pretratamiento no contribuyeron a la mejora de la solidez y muchos de ellos, después de la polimerización de los estampados a 150 °C, se tornaron amarillento y generaron  olores desagradables que exigieron un  lavado posterior.

Aunque presenta un consumo más pequeño de agua, energía y tiempo respecto a los colorantes, el resultado final de los pigmentas no convenció, principalmente en lo que se refiere a la solidez y economía en el proceso de postratamiento. La solidez baja fue el punto que más pesó en la desaprobación. Aunque, a pesar de las fallas, el estudio demostró que existe un gran potencial de avance, ya que se aclaran y dominan algunos puntos, principalmente la solidez, el pretratamiento y la formulación de la tinta. Además del objetivo inicial de la investigación, la impresión de tejidos livianos en rollo y cortados, se incluyó un ítem extra: la impresión serigráfica digital híbrida. El proceso híbrido elevó la solidez a 4 – 4,5  y mostró mejoras en el costo total y en el proceso de aplicación digital o serigráfica de pre y postratamiento incoloros y opacos en tejidos claros y oscuros.

Solidez en húmedo

La baja solidez ha limitado el crecimiento del estampado textil digital con pigmentos en la moda femenina. Las aplicaciones en moda masculina, infantil y de decoración aceptan bien los pigmentos ya que conforman un sistema más simple, económico, limpio y sustentable.

Hasta hace poco tiempo, la solidez en húmedo de las tintas digitales pigmentadas se limitaba a  3 – 3,5 de la escala de grises, utilizada para medir la solidez de los estampados y las tinturas al lavado y frote. Debido a que estos valores son insuficientes para garantizar la durabilidad de los estampados, el objetivo siempre ha sido alcanzar el estándar ético 4 – 4.5 en la escala del 1 a 5. Para estabilizar la impresión de pigmentos en estos altos valores, se hace un gran esfuerzo en la investigación de procesos y sistemas de tintas, pre y post-tratamientos, cabezales de impresión e impresoras digitales para combinar las mejores condiciones de cada una de las variables. La nota 5 tiende a alcanzarse con los colorantes.

A pesar de varios progresos tecnológicos que incluyen la inclusión de resinas en las tintas y  encapsular partículas de pigmentos con polímeros termoplásticos, hoy la solidez y el rendimiento de los colores de las estampaciones con  pigmento todavía dependen del tratamiento químico de los tejidos a estampar. A pesar de ser posible la estampación de pigmentos en tejidos sin tratar, el resultado general es mucho más pobre. Los colorantes aplicados directamente a los tejidos también dependen del tratamiento previo y posterior. El mantenimiento de la película de color en la superficie del hilo es una función muy importante del pretratamiento. Sin él, la nitidez de la imagen, el rendimiento y el perfil de color se ven muy afectados. En la estampación tradicional de colorantes y pigmentos, un cierto grado de penetración de la tinta en la fibra ayuda a la solidez. En estampación digital, el pigmento se mantiene en la superficie por la unión iónica inmediata con el pretratamiento y se une a la fibra. La inserción de ligantes en la receta de estampado digital y la aplicación de un film de resina a la superficie de los tejidos mejoran la solidez. El mayor desafío de quién formula las  tintas híbridas digitales y de serigrafía con resinas es igualar la tensión y la energía superficial de las interfaces de las películas de estampación y la tela y no obstruir los cabezales de impresión por la prepolimerización de las resinas. Los polímeros reticulables también están compuestos de partículas sólidas que complican aún más la gestión del flujo de las tintas de pigmentos, que en sí mismas ya están cargadas con alto contenido de sólidos.

Saturación de color

Los pigmentos comunes generan saturación de colores más bajas que los colorantes, principalmente cuando se trata de tonos oscuros.

Las telas de viscosa, seda, satén y otros tejidos delicados de moda femenina tienen las principales dificultades de saturación y solidez con los pigmentos. Aunque hoy en día los resultados de color han mejorado considerablemente, los colorantes continúan produciendo al menos un 20% más de saturación, principalmente en colores intensos y negros. Es difícil romper esta limitación debido a la naturaleza soluble de los colorantes y la insolubilidad de los pigmentos. Los colorantes son transparentes y los pigmentos están formados por partículas que reflejan más luz que los colorantes. Los colorantes tienen afinidad química con grupos específicos de fibras y no dependen de adhesivos para generar una alta solidez, mientras que los pigmentos deben unirse a las fibras mediante una resina o un enlace iónico. Son estas características las que favorecen a los pigmentos para estampar y los colorantes para la tintura de las fibras.

 

Diámetro medio de los orificios de los cabezales de estampación digital para pigmentos 30/150 micrómetros/ media 50 micrómetros.

Diámetro medio de partículas de dispersiones de pigmentos CMYK : colores 0,15 micrómetros, negro 0,12 micrómetros y blanco 5 micrómetros.

 

El diámetro de las boquillas debe ser aproximadamente 100 veces mayor que el tamaño de las partículas de la tinta.

Las dispersiones coloidales de pigmentas de alta tecnología tiene partículas distribuidas en la franja de 0,12 – 0,15Mm, dimensiones perfectamente viables para las cabezas industriales de orificios a partir de 50 Mm. La nano dispersión de pigmentos debajo de 100Mm es compleja, costosa  y genera la pérdida de color.

Estampabilidad

La capacidad de estampación es la condición del trabajo continuo de una tinta, sin dañar los cabezales de impresión, afectar la calidad de las estampaciones ni interrumpir las impresoras y la producción.

¿Qué quiere el industrial de su estampería?

1 – Alta calidad de estampación.

2 – Productividad constante sin paradas por problemas y errores de mantenimiento.

3 – Total fiabilidad de tintas, impresoras y sus componentes.

4 – Facilidad de operación y alta durabilidad de los cabezales de impresión.

5 – Costos operativos compatibles, mantenimiento sencillo y excelente servicio de los proveedores.

Estos requisitos se pueden resumir en la palabra «estampabilidad».

Muchos factores afectan la productividad, la apariencia y el costo de estampación, tales como: características químicas, físicas y reológicas de las tintas; velocidad de estampación, volumen, y uniformidad de los chorros. Físicamente, los cabezales de impresión no se desgastan por el accionamiento. Aparte del ciclo de vida normal, la vida útil más larga o más corta es el resultado de la erosión, oxidación, incrustaciones y bloqueos causados ​​por pigmentos, colorantes y daños por fallas de mantenimiento y desgaste del material. Debido a estas causas relacionadas con la capacidad de estampación, los cabezales de impresión pueden durar horas o años. Los cabezales de impresión con alta potencia de chorro permiten una mayor distancia entre la placa de la boquilla y la tela, pero dependiendo del tipo de tinta, la intensidad del color y la velocidad, los cabezales grandes o juegos de cabezales que se mueven sobre un área grande pueden limitar la cantidad de tinta necesaria para generar los resultados esperados. En todos los aspectos de la calidad de la impresión por inyección de tinta, es importante mantener una salida uniforme en cada chorro. Cualquier variación en el volumen de la gota y la velocidad producirá fallas o desviaciones de color.

Partículas de polvo y fibrillas suspendidas en el aire y otras contaminaciones dañan mucho la calidad de estampación. La humedad debe mantenerse en un nivel  alto y compatible con los parámetros de temperatura y de trabajo exigidos por las cabezas de impresión y tintas. Así, las partículas pierden energía electrostática y pueden filtrarse con más eficacia.

El control de las formulaciones de las tintas es fundamental para la estampabilidad

·         La viscosidad debe ser coherente con las cabezas de impresión.

·          El  pH debe  estar próximo de 8,5.

·         La conductividad debe ser la más baja posible.

Sobre todo, la formulación debe estar dentro de las leyes del chorro, fuerzas de campo gravitacional, empuje y arrastre, velocidad terminal y correlaciones con los números de Reynolds, Stokes, Kelvin-Volgt y Ohnesorge. Uno solo de estos parámetros fuera de la curva puede parar el flujo de tinta, obstruir, quebrar y destruir cabezas de impresión.

En general las cabezas e impresoras industriales tienen filtros para la recirculación interna o externa de la tinta.

Las tintas pueden probarse durante el trabajo de impresión o por equipos de lectura de la eyección y comportamiento de la gota (dropwatchers). Estos equipos de alta tecnología hacen ver en tiempo real el resultado de los disparos eléctricos de la cabeza y el resultado acústico en la gota en el espacio crítico entre la placa de boquillas y el substrato de impresión. Los observadores de gotas (Dropwatchers) son fundamentales para investigación, desarrollo y producción profesional de tintas y afinación electrónica de las olas de los pulsos voltaicos de las cabezas de impresión.

Las tintas correctamente formuladas tienen una durabilidad directamente proporcional a los cuidados y condiciones de almacenamiento, de trabajo, estado de limpieza, humedad, luz directa y temperatura de almacenamiento.

Cabezales para la  estampación digital con pigmentos

En principio, los cabezales de impresión de tinta cerámica imprimen muy bien las tintas textiles a base de pigmentos, siempre que sean a base de agua. Motivo: la apertura de los orificios en estos cabezales es superior a 7 picolitros e integran sistemas de recirculación y filtración de tinta con tres o más etapas.

A pesar de los avances en las moléculas nanométricas y la estabilización de suspensiones coloidales, la recirculación y multifiltración de tintas y burbujas de aire son insustituibles para la longevidad y el éxito del cabezal de impresión. Esto se vuelve más importante cuando recordamos que la mayoría de los cabezales no tienen componentes que se desgasten y se detengan debido a eventos creados por tintes y mantenimiento. Los colorantes reactivos corroen las paredes y los orificios del cabezal de estampación. Los pigmentos son insolubles, precipitan al fondo por la fuerza gravitacional, se aglomeran por las fuerzas intermoleculares de Van der Waals y friccionan los orificios  del cabezal. Estas dificultades hacen que la recirculación y el filtrado sean obligatorios para mantener la vida útil de los cabezales de estampación.  Esas dificultades tornan la recirculación y la filtración obligatorias para el mantenimiento de la vida útil de las cabezas de estampación.

Las cabezas más lentas pueden estampar pigmentos con más facilidad debido al flujo más lento y una menor turbulencia de la tinta. Para aumentar la velocidad de caída del chorro, la tasa de deposición de la tinta por unidad de tiempo necesita ser optimizada con cabezas de frecuencia arriba de 20 kHz. El sistema escala de grises (greyscale) de gotas variables es fundamental para imprimir gotas muy finas, importantes para alta resolución y detalles más llenos. 

Reología

Reología: dinámica de los fluidos influenciada por la  viscosidad. Es  el factor más crítico de las tintas digitales.

En la estampación a  chorro de tinta la reología interfiere en todo, con todas sus fuerzas  de campo, de empuje, de arrastre, del chorro. La formación y cualidad de la gota dependen totalmente de este juego complejo e interactivo. Debido a la reología las tintas digitales con  pigmentos de alto contenido de  sólidos  son más difíciles de trabajar en cualquier cabeza de estampación. Las recetas de tintas formuladas con resinas  para fijar las partículas de pigmento en el tejido, con independencia mayor del pretratamiento, secan rápidamente y requieren más ciclos de mantenimiento que las tintas a base de colorantes y tintas sin ligantes. El flujo de altos sólidos y diferentes  moléculas  en un mismo fluido aumenta la viscosidad y multiplica las dificultades.

Resolución

Tintas de color estampan  bien en la franja de 7 a 12 picolitros. Tintas blancas tienen buena cobertura y definición con hasta 80 picolitros.

Es necesario recordar que la resolución final de la estampación está también relacionada con las condiciones de la superficie de los tejidos que se someterán a la estampación. Tejidos rugosos, de hilos gruesos y fibrilados reproducen mal las imágenes de alta resolución y de alta definición. Tejidos muy lisos y uniformes como  raso y sedas, pueden mostrar puntos arriba de 10 picolitros en las áreas claras. Hoy los sistemas de gotas variables, la estabilidad de las suspensiones coloidales y la recirculación de las tintas son la alma de la impresión digital de alta resolución, con tintas de pigmentos base de agua.

 Textilia N°111, 2019

Fuente: Revista Galaxia / Indumentariaonline