حلال های آلی در صنعت چاپ و بسته بندی

• قدرت حلال

مهمترين عامل تعيين كننده انتخاب حلال در صنعت چاپ و بسته بندي قدرت حلالیت حلال مورد نظر است. در چاپ بر روي اجسام يكي از الزامات جوهر، قابليت تشكيل فيلم در حين ويسكوزيته پايين است، به طوريكه حلال مورد نظر به طور كامل از فيلم تشكيل شده تبخير شود.

در مخلوط حلال-پليمر با غلظت بالای پليمر، هرچه مخلوط ويسكوزيته كمتري داشته باشد قدرت حلال بيشتر است كه بر اين مبني و بر اساس شرايط فيزيكي و پليمر يكسان مي توان قدرت حلالیت حلال هاي مختلف را با يكديگر مقايسه نمود. بالعكس در مخلوط هاي با غلظت پايين پليمر، قدرت حلال  بر عكس و هرچه ويسكوزيته اين مخلوط بيشتر باشد قدرت حلال بيشتر است.

• نرخ تبخیر حلال

 پس از قدرت حلال مهمترين معيار انتخاب حلال مناسب نرخ تبخير آن است.در فرايند هاي چاپ ليتوگرافي و لترپرس استفاده از حلال هاي دير تبخير(سنگين) لازم است؛ كنترل نرخ تبخير در جوهر هايي كه با تبخير حلال خشك مي شوند الزامي است. نرخ تبخير تركيب حلال هاي آلي با جوهر، بسته به دما و تركيب درصد مواد جوهر و حلال متغيير است. همچنين بسته به تداخل بين ملكولي حلال ها و اجزا تشكيل دهنده مركب چاپ، فراريت نسبي حلال ها تغيير مي كند. فراريت يك حلال يا مخلوط حلال نيز بر اساس فشار بخار حلال در دماي خاص و همچنين گرماي نهان تبخير آن حلال سنجيده مي شود. جوهر چاپ معمولا به دو روش گرما دهي يا در محيط باز خشك مي شوند كه مخلوط حلال هايي كه براي جوهر انتخاب مي شود براي هر دو روش متفاوت است. در فرموالسيون حلال چاپ دو فاكتور اساسي در تنظيم نرخ تبخير تاثير گذارند؛

 1-آزئوتروپ بين اجزاء مخلوط؛ در صورتي كه حلال هاي موجود در تينر چاپ با يكديگر تشكيل آزئوتروپ بدهند دمايي كه تينر در آن تبخير مي شود و نرخ تبخير نهايي و فشار بخار حاصله در طول تبخير ثابت و از يكايك اجزاء بصورت خالص كوچكتر است. براي مثال در تركيب تولوئن و متانول با وجود اينكه دماي جوش متانول ۶۶ درجه سانتيگراد و تولوئن ۱۱۰ درجه سانتيگراد است در تركيب آزئوتروپيك مشخص با نسبت ۳۰/۷۰ تركيب در فشار بخار و دماي جوش ثابت كمتر از متانول تبخير مي شود؛ دماي جوش تركيب آزئوتروپيك تولوئن و متانول ۶۳٫۷ درجه سانتيگراد يعني حدودا ۲٫۳ درجه پايينتر از سبك ترين جزء مخلوط يعني متانول است. آزئوتروپ بين حلال ها در تنظيم فرموالسيون تينر چاپ نه تنها محدوديت نيست بلكه فرصت مناسبي براي تنظيم قيمت، قدرت و حلاليت مخلوط حلال با تركيب كردن حلال هاي مختلف است به طوريكه در نهايت محصول نرخ تبخير و فلش پوينت ثابت داشته باشد. از سوي ديگر در نظر گرفتن اين موضوع كه تشكيل آزئوتروپ بين حلال ها به معني اينست كه به احتمال زياد ضايعات حاصله را نمي توان تا گريد هاي با خلوص بالا بازيافت نمود نشان مي دهد كه پرهيز از تشكيل آزئوتروپهاي چند گانه و تعدد زياد اجزاء تشكيل دهنده فرموالسيون مي تواند موجب بازيافت ساده تر ضايعات و در نتيجه كاهش هزينه شود.

2-بالانس مخلوط؛ بالانس مخلوط به معني اين است كه با تبخير مخلوط حلال تركيب درصد مخلوط در فاز مايع تغيير نكند. يك آزئوتروپ حضور دارد بالانس حلال نيز وجود دارد اما در صورتي كه جزئي در مخلوط بيشتر از در مخلوط هايي كه صرفًا نسبتهاي آزئوتروپيك باشد پس از اتمام تبخير مخلوط آزئوتروپيك، ماده خالص شروع به تبخير نموده كه باعث تغيير در فشار بخار و نرخ تبخير و همچنين از بين رفتن بالانس مي شود. در بسيار از فرايند هاي چاپ نيازي به تنظيم فرموالسيون روي آزئوتروپ يا بالانس خاصي نيست و الزام است كه تبخير حلال مراحل مختلف داشته باشد. براي مثال از حلال هاي نسبتًا سنگين با نرخ تبخير بسيار پايين جهت افزايش پايداري جوهر تحت فشار چاپ پرس استفاده مي شود كه تا مراحل نهايي تثبيت جوهر تبخير نمي شود درحالي كه بخشي از مخلوط حلال در مراحل اوليه فرايند تبخير مي شود.

حلال هايي كه در صنعت چاپ استفاده مي شوند، بر اساس گروه عاملي به ۵ دسته اصلي تقسيم مي شوند؛

 

• حلال های هیدروکربنی

• هيدوركربن هاي آليفاتيك سبك: هيدروكربنهاي آليفاتيك طي فرايند تقطير جزء به جزء نفت خام توليد مي شوند كه در انواع فرايند هاي چاپ استفاده مي شوند. اين نوع حلال ها هم بصورت تجاري با ظرفيت بسيار بالا و با كد مشخص پالایشگاهی و هم بصورت اختصاصي توسط توليد كنندگان خصوصي با مشخصات توافقي توليد مي شوند. حلال هاي هيدروكربني آليفاتيك را مي توان در بازه هاي تقطير بسيار كوچك تا ۱۰ درجه سانتيگراد اختلاف بين نقطه شروع جوش و نقطه پايان جوش و يا با دامنه تقطير بزرگ با اختلاف نقطه جوش ۱۵۰ درجه سانتيگراد توليد نمود. حلال هاي آليفاتيك سبك بسته به درصد آروماتيك به طور عمده حلال مناسبي براي رزين هاي استر گام، رزين هاي هيدروكربني، روزين و رزينيت هستند.
• هيدروكربن هاي آليفاتيك سنگين-پارافين ها: پارافين كه از دامنه تقطير كوچكتر(بين ۲۰ تا ۴۰ درجه) و بسيار سنگين در محدوده جوش ۳۰۰ درجه به بالا تهيه ميشود را پارافين مي نامند. پارافين از پر كاربرد ترين حلال ها درمدلی از چاپ است. بدليل نرخ تبخير بسيار پايين از اين حلال براي كنترل نرخ تبخير و افزايش خاصيت پايداري تحت پرس در چاپ هاي خاصی استفاده مي شود. پارافين مايع در گريدهاي مختلف بصورت تجاري در كشور ميزان آروماتيك و مواد غير پارافيني در آنها كمتر از %۱ وزني است.
• هيدروكربنهاي آروماتيك: تولوئن و زايلن از پر كاربردترين حلال هاي آروماتيك در صنعت چاپ هستند. تولوئن به ميزان زيادي در مركب هاي گراوور استفاده مي شود و زايلن به دليل نرخ تبخير پايين تر از تولوئن در فرموالسيون مركب كمتر استفاده مي شود اما به دليل قدرت انحلال بالا براي شست و شوي تجهيزات بخصوص در قسمتهايي كه مركب خشك شده در دستگاه باقي مانده مناسب است. تولوئن حلال لاستیک معمولي و كلردار، مالمين، فرمالدهيد اوره، رزين فنوليك، ايتل سلولز، رزينيت، استر گام ، پلي وينيل استات و رزين هاي پلي استايرن است. زايلن حلاليت مشابه تولوئن با استثناء پلي وينيل استات دارد.
• الکل ها
• اتانول؛

اتانول در صنعت چاپ بطور وسيع در چاپ گراوور و فلكسوگرافي استفاده مي شود. اتانول مورد استفاده در صنعت چاپ به طور معمول اتانول مطلق نيست و حاوي ميزان مشخصي آب و مواد تلخ كننده است. برخي توليد كنندگان كه بطور اختصاصي براي چاپخانه ها و توليد كنندگان مركب چاپ اتانولي توليد مي كنند كه از گريد هاي معمول بازار متفاوت اند. پر كاربردترين آنها اتانول %۹۵٫۵ است كه حاوي %۴ وزني متانول و %۱٫۵ آب است. اتانول همچنين در ايران در دو گريد طبي %۹۶ و صنعتي%۹۳-۹۱ بصورت تجاري توليد مي شود كه چاپخانه ها از هر دو نوع اتانول به عنوان حلال استفادهمي كنند اما اتانول صنعتي با خلوص %۹۳ بدليل قيمت پايين تر و عدم نياز به مجوز سازمان غذا و دارو در ميان چاپخانه ها محبوبيت بيشتري دارد.

• متانول؛

به‌عنوان ضدیخ، حلال و سوخت بکار برده می‌شود. از متانول برای تقلیب اتانول نیز استفاده می‌شود، این عمل به منظور غیرقابل شرب نمودن اتانولی که برای مصارف صنعتی تولید می‌شود انجام می‌پذیرد.

متانول به صورت محدود به عنوان سوخت در موتورهایی با سیستم احتراق داخلی استفاده می‌شود. متانول تولید شده از چوب و سایر ترکیبات آلی را متانول آلی یا بیو الکل می‌نامند که یک منبع تجدید شدنی برای سوخت است و می‌تواند جایگزین مشتقات نفت خام شود. با این همه، از بیو الکل ۱۰۰ درصد نمی‌توان در ماشین‌های دیزلی بدون ایجاد تغییر در موتور ماشین استفاده کرد. متانول به عنوان حلال، ضدیخ و در تهیه سایر ترکیبات شیمیایی استفاده می‌شود.

اگر از متانول خالص یا درصد بالا به عنوان حلال استفاده شود دارای کیفیت پایین و وزن بشکه 220لیتری کمتر از 170 کیلوگرم می باشد و بیشتر برای دستگاه فلکسو تک رنگ قابل استفاده بوده و در فصول سرد کارایی چندانی ندارد.

• ايزوپروپيل الكل؛

ايزوپروپيل الكل در دو گريد تكنيكال(%۹۹٫۸) و ريكاوري(%۹۵-۸۰) در بازار ايران موجود است. ايزوپروپيل الكل خواص حلاليت بسيار مشابه اتانول دارد، به هر نسبتي با آب حل مي شود و مهمترين كاربرد آن به عنوان هم حلال به همراه حلال هاي كتوني و استري است كه هم باعث كمك به قدرت حلاليت و همچنين كاهش قيمت مخلوط مي شود. ايزوپروپيل الكل حلال بسياري از رزين هاي سنتزي و طبيعي شامل، شلاک، روزين، استر گام، فنوليك رزين، آمينو رزين، پلي وينيل استات و پلي وينيل بوتيرات است. ايزوپروپيل الكل همچنين در كنار حلال هاي هيدروكربني مخلوط خوبي براي انحلال رزين هاي پلي آميدي است.

• نرمال پروپانول؛

نرمال پروپانول حلالي كمي سنگين تر از ايزوپروپيل الكل و يا اتانول است كه در مخلوط هايي كه اين دو حلال نرخ تبخير زيادي دارند با نرمال پروپانول مي توان نرخ تبخير را كمي كاهش داد. نرمال پروپانول همچون الكلهاي سبك ديگر در صنعت چاپ فلكسوگرافي و رتوگراوور زياد استفاده مي شود و قدرت حلاليت مشابه ايزوپروپيل الكل دارد.

• استرها