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Acabamento, Tingimento, Estamparia e Lavanderias

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Impressão digital com pigmentos: uma iniciativa notável

No ano de 2018, a ArtZone participou de vários projetos envolvendo tintas pigmentadas digitais. Em um deles, uma das maiores empresas têxteis do Brasil questionou sobre as condições de aplicação do pigmento na estamparia de moda feminina e em outros segmentos. Como tantas outras, essa empresa imprime seus trabalhos com corante reativo, principalmente em tecidos de viscose leve. Várias equipes técnicas e criativas foram envolvidas no trabalho que gerou um grande volume de pesquisas, estudos e experimentos.

As perguntas e razões colocadas são as mesmas da indústria de estamparia digital têxtil em todo o mundo:

1   - A solidez de esfregação a úmido da estampa de pigmento encontra-se em que ponto de 1 a 5 da Escala de Cinzas? O ponto crítico de 3 a 3,5 da Escala de Cinzas foi ultrapassado?

2   - As cores de pigmento chegam hoje a que rendimento se comparadas aos corantes?

3   - A estamparia digital com pigmentos pode ser aplicada com segurança em quais fibras?

4   - Que vantagens, em economia e sustentabilidade, o pigmento oferece se comparado aos corantes?

5   - Qual é o layout, equipamentos e processos mais indicados?

Neste trabalho, foram testadas, praticamente, todas as opções de tintas e pré-tratamentos disponíveis no mercado, e os resultados mostraram a continuidade de três limitações importantes:

  • A solidez permanecia no intervalo de 3 - 3,5;
  • As cores melhoraram muito, apesar de permanecerem “cores de pigmento”;
  • Os vários sistemas e processos de pré-tratamentos não contribuíram para o avanço da solidez e muitos deles, após a polimerização das estampas a 1.500 °C, amarelaram e exalaram odores desagradáveis que exigiram lavação de acabamento.

Ainda que apresente menor consumo de água, energia e tempo em relação aos corantes, o resultado final dos pigmentos não convenceu, principalmente no que se refere à solidez e economia no processo de pós-tratamento. A baixa solidez foi o ponto que mais pesou na desaprovação. Todavia, apesar das falhas, o estudo mostrou que há um grande potencial de progresso, desde que alguns pontos sejam elucidados e dominados, principalmente a solidez, o pré-tratamento e a formulação da tinta. Cabeças de impressão, impressoras, os pigmentos e o pré-tratamento são pontos sanados.

Além do alvo inicial da pesquisa, a estamparia de tecidos claros em rolo e cortados, foi incluído um item extra: estamparia híbrida digital-serigráfica. O processo híbrido elevou a solidez para 4 - 4,5 e mostrou melhorias do custo geral e no processo de aplicação digital ou serigráfica de pré e pós-tratamentos incolores e brancos opacos em tecidos claros e escuros.

Projetos

Em 2019, ArtZone executará mais dois projetos que deverão responder às questões pendentes da estamparia de pigmentos: um laboratório completo para estudo e desenvolvimento de tintas e aplicação de pré e pós-tratamento de alta performance, enquadrados no padrão Oeko-Tex 100, e desenvolvi- mento de produtos estampados em uma plataforma de tempo acelerado. O primeiro projeto foi desenhado com a contribuição de muitas pessoas e será apoiado por instrumentos científicos de última geração, além de um conjunto de quatro impressoras de produção industrial e de prova montadas com três tipos de cabeças de diferentes resoluções e diâmetros de gotas.

O segundo projeto é constituído do desenho e montagem de uma estamparia de pigmentos digitais e de acabamentos funcionais para roupas infantis. Além da inserção de importantes valores de sustentabilidade, ecologia e de bem-estar no produto final, o projeto irá gerar um forte impacto na economia de processo, materiais e estoques.

Evolução Histórica

Há pelo menos 20 anos, as mesmas perguntas sobre a viabilidade dos pigmentos digitais persistem no mundo da estamparia industrial têxtil. De início, pensou-se que eram questões fáceis de responder. Afinal, a técnica de manusear pigmentos pelo homem existe há mais de 100.000 anos e a estamparia industrial têxtil, desenvolvida séculos e séculos depois, é dominada (em volume) pelos pigmentos, um processo de aparente sim- plicidade. Primeiro, o pigmento se instalou na serigrafia plana e rotativa. Na estamparia digital têxtil, porém, há dificuldades oriundas da dinâmica dos fluidos e suas consequências sobre o transporte turbilhonado de tintas de altos sólidos em trajetos e dutos diminutos, até ser ejetada no tecido, na forma de microgotas nanometricamente controladas.

Pesquisadores, cientistas, usuários e instituições de todo o mundo têm contribuído ao longo dos anos para a solução desses problemas. As tecnologias de corantes têm servido mais como balizadores de solidez, fixação e acabamento das estampas de pigmento. Em particular, a impressão digital cerâmica tem contribuído muito mais para estamparia digital têxtil de pigmentos do que os sistemas de corantes.

As dificuldades da estamparia digital têxtil com pigmentos se enquadram em uma base estreita:

  • Impressão base de água com altos sólidos;
  • Alta solidez a úmido;
  • Rendimento de cores;
  • Viabilidade – produção regular sem prejuízos para as cabeças de impressão e produtividade.

Solidez a úmido

A baixa solidez tem limitado o crescimento da impressão digital têxtil com pigmentos na moda feminina. As aplicações em moda masculina, infantil e decoração aceitam bem os pigmentos por comporem um sistema mais simples, econômico, limpo e sustentável. Há pouco tempo, a solidez a úmido das tintas digitais pigmentadas se limitava a 3 - 3,5 da Escala de Cinzas, utilizada para medir solidez de estampas e tingimentos na lavação e esfregação. Devido a essas notas serem insuficientes para garantir a durabilidade das estampas, o objetivo sempre foi chegar ao padrão ótimo 4 - 4,5 da escala de 1 a 5. Para estabilizar a estamparia de pigmentos nestes valores altos, há um grande esforço na pesquisa de processos e sistemas de tintas, pré e pós-tratamentos, cabeças de impressão e impressoras digitais para combinar as melhores condições de cada uma das partes. A nota 5 tende a permanecer com os corantes. Apesar de vários avanços tecnológicos que incluem a inserção de resinas nas tintas e encapsulamento de partículas de pigmentos com polímeros termoplásticos, hoje a solidez e o rendimento de cores das estampas de pigmento ainda dependem do tratamento químico dos tecidos para estampar. Apesar de, em certa medida, ser possível imprimir pigmentos sem tratar os tecidos, o resultado geral é muito mais pobre. Também os corantes aplicados diretamente em tecidos dependem de pré e pós-tratamento.

A manutenção do filme de tinta na superfície do fio é uma função muito importante do pré-tratamento. Sem ela, a nitidez da imagem, o rendimento e o perfil de cor são muito prejudicados. Na estamparia tradicional de corantes e de pigmentos, certo grau de penetração da tinta na fibra ajuda na solidez. Na estamparia digital, o pigmento é mantido na superfície pela ligação iônica imediata com o pré-tratamento e este se liga na fibra. A inserção de ligantes na receita de tinta digital e aplicação de resinas filmógenas na superfície dos tecidos melhoram a solidez. O maior desa- fio do formulador de tintas digitais e serigráficas híbridas com resinas é compatibilizar a tensão e energia superficial das interfaces dos filmes da impressão e do tecido e não entupir as cabeças de impressão por pré-polimerização das resinas. Polímeros reticuláveis são também compostos por partículas sólidas que complicam ainda mais o gerenciamento do fluxo das tintas de pigmento, que por si só já são carregadas de altos sólidos.

Saturação de cor

Pigmentos comuns geram saturação de cores mais baixa do que os corantes, principalmente quando se trata de cores escuras. Os tecidos de viscose, seda, cetins e demais tecidos delicados da moda feminina detêm as principais dificuldades de saturação e solidez dos pigmentos. Apesar de hoje os resultados de cor terem melhorado de forma notável, os corantes continuam rendendo saturação pelo menos 20% maior, principalmente nas cores intensas e no preto. Essa limitação é difícil de ser quebrada devido à natureza solúvel dos corantes e da insolubilidade dos pigmentos.

Corantes são transparentes, e pigmentos são formados por partículas que refletem mais luz do que os corantes. Corantes têm afinidade química com grupos específicos de fibras e não dependem de colas para gerar alta solidez, enquanto que os pigmentos precisam ser colados nas fibras por uma resina ou por uma ligação iônica. São essas características que favorecem os pigmentos para a pintura e os corantes para o tingimento das fibras.

 

Diâmetro médio dos bicos das cabeças de impressão 

industrial x diâmetro das partículas de pigmento 

Diâmetro de orifícios de cabeças ok para pigmentos

30 a 150 μm / média 50 μm

Diâmetro médio de partículas de dispersões de pigmentos CMYK Diamond Lubrizol

CMY

0,15 μm

K

0,12 μm

Branco

5 μm

 

O diâmetro dos bicos deve ser aproximadamente 100 vezes maior que o tamanho das partículas da tinta

As dispersões coloidais de pigmentos de alta tecnologia têm partículas distribuídas na faixa de 0,12 - 0,15μm, dimensões perfeitamente viáveis para as cabeças industriais de orifícios a partir de 50μm. A nanodispersão de pigmentos abaixo de 100μm é complexa, cara e gera perda de cor.

Printabilidade

Printabilidade é a condição de trabalho contínuo de uma tinta, sem danificar cabeças de impressão, prejudicar a qualidade das estampas e interromper impressoras e produção.

O que o industrial quer da sua estamparia?

1 - Alta qualidade de impressão;

2  - Produtividade constante sem paradas por problemas de manutenção  e erros;

3  - Total confiabilidade de tintas, impressoras e seus componentes;

4  - Facilidade de operação e alta durabilidade de cabeças de impressão; 5 - Custos operacionais compatíveis, manutenção simples e ótimo serviço

dos fornecedores.

Essa lista pode ser sintetizada na palavra printabilidade.

Muitos fatores afetam a produtividade, o visual e o custo da impressão, como: características químicas, físicas e reológicas das tintas; velocidade de impressão, volume, retidão e uniformidade dos jatos. Fisicamente, as cabeças de impressão não sofrem desgastes pela atuação voltaica. Fora o ciclo de vida normal, a vida útil maior ou menor é consequência da erosão, oxidação, incrustações e bloqueios causados pelas tintas e danos das falhas de manutenção e do desgaste dos materiais. Por força dessas causas que pertencem à printabilidade, cabeças de impressão podem durar horas ou anos. Cabeças de impressão com alta potência de jato permitem uma maior distância entre a placa de nozzles e o tecido, mas, dependendo do tipo de tinta, intensidade de cor e velocidade, cabeças grandes ou conjuntos de cabeças em movimento sobre uma grande área, podem limitar a quantidade de tinta necessária para gerar os resultados esperados. Sob todos os aspectos da qualidade da impressão jato de tinta, é importante manter uma queda uniforme em cada jato. Qualquer variação de volume da queda e velocidade irá produzir falhas ou desvios de cor. A retidão do jato é muito crítica, e se a distância entre a placa e o tecido não for bem calibrada, haverá gotas fora de posicionamento e fora de registro nas impressões finas e bidirecionais. O acúmulo de tinta na placa de nozzles e, consequentemente, a formação de gotas satélite são outros danos causados pela distância da placa e tecido acima do padrão. Além da alta tecnologia das cabeças de impressão e das boas propriedades das tintas, cada detalhe dos cuidados de manutenção das instalações e equipamentos é importante para assegurar printabilidade. Partículas de pó e fibrilas suspensas no ar e outras contaminações são muito prejudiciais à qualidade da impressão. A umidade deve ser mantida em um nível mais alto e compatível com os parâmetros de temperatura e de trabalho exigidos pelas cabeças de impressão e tintas. Assim, as partículas perdem energia eletrostática e podem ser filtradas com mais eficiência.

O controle das formulações de tintas é fundamental para a printabilidade:

–  A viscosidade deve ser coerente com as cabeças de impressão;

–  O índice de pH deve se situar próximo de 8,5;

–  A condutividade deve ser a mais baixa possível;

–  Acima de tudo, a formulação deve se enquadrar nas leis da jetabilidade – forças de campo, gravitacional, empuxo e arraste, velocidade terminal e correlações com os números de Reynolds, Stokes, Kelvin-Voigt e Ohnesorge.

Um só desses parâmetros fora da curva pode parar o fluxo de tinta, obstruir, quebrar e destruir cabeças de impressão.

Há muitos meios para rastrear e evitar erros de printabilidade, dentre eles, os testes de impressão nas condições de trabalho e a inclusão de um sistema de recirculação de tintas e de filtros de três estágios sucessivos para proteger a cabeça de impressão: filtros de tela para contaminações de diâmetro maior, filtro para aglomerados médios e filtros “última chance”, que seguram partículas fora do maior diâmetro especificado. A filtração de bolhas de ar completa o conjunto de filtros.

Em geral, as cabeças e impressoras industriais integram esses filtros e os associa à recirculação interna ou externa de tinta.

Tintas podem ser testadas no próprio trabalho de impressão ou por equi- pamentos de leitura da ejeção e comportamento da gota (dropwatchers). Esses equipamentos de alta tecnologia mostram em tempo real o resultado dos disparos elétricos da cabeça e o resultado acústico sobre a gota no espaço crítico entre a placa de nozzles e o substrato de impressão. Dropwatchers são fundamentais para pesquisa, desenvolvimento e fabricação profissional de tintas e afinação eletrônica das ondas de pulsos voltaicos das cabeças de impressão.

É muito importante observar o resultado de impressão nas áreas chapadas e detalhadas, porque mostram com clareza o fechamento de orifícios por aglomerados e bolhas de ar, como também mostram alterações ocorridas em outras partes do sistema de impressão, por exemplo, falhas de alimentação de tinta e desvios de cor decorrentes da reologia.

Tintas corretamente formuladas têm durabilidade diretamente proporcional aos cuidados e condições de armazenamento, de trabalho, estado de limpeza, umidade, luz direta e temperatura de armazenamento.

Recuperação do estado de trabalho

Esta é uma das condições mais importantes da printabilidade: impressoras paradas devem recuperar sua capacidade de impressão perfeita com a mínima ação de limpeza. Esse é um problema mais sério quando se trata de tintas de pigmento e de altos sólidos base de água, principalmente nas cabeças sem recirculação, sem filtração completa e nas receitas carregadas de resinas. A água e outros fluidos das tintas evaporam, e resinas oxidativas formam filme e ressecamento nos dutos e bicos. O ideal é que uma boa tinta tenha a capacidade de se autolimpar, nas partes da cabeça de impressão, que sofrem incrustações e desidratação.

Cabeças de impressão para tintas digitais pigmentadas

Por princípio, cabeças para impressão de tintas cerâmicas imprimem tintas têxteis pigmentadas muito bem, desde que comportem tintas base de água. Motivo: a abertura dos orifícios dessas cabeças está acima de 7 picolitros e integram sistemas de recirculação de tinta e filtragem de três ou mais estágios.

Apesar dos avanços nas moagens nanométricas e estabilização das suspensões coloidais, a recirculação e multifiltração de tintas e bolhas de ar são insubstituíveis para a longevidade e sucesso da cabeça de impressão. Isso se torna mais importante quando lembramos que a maioria das cabeças não tem componentes que se desgastam e param por causa de eventos criados por tintas e manutenção. Corantes reativos corroem as paredes e os orifícios das cabeças de impressão. Pigmentos são insolúveis, precipitam para o fundo pela força gravitacional, aglomeram por forças intermoleculares de Vander Waals e atritam os orifícios da placa. Essas dificuldades tornam a recirculação e a filtragem obrigatórias para a manutenção da vida das cabeças de impressão.

Cabeças mais lentas podem imprimir pigmentos com mais facilidade devido ao fluxo mais demorado e de turbulência mais tranquila da tinta. Para aumentar a velocidade de queda do jato, a taxa de deposição de tinta por unidade de tempo precisa ser otimizada com cabeças de frequência acima de 20 kHz.

O sistema greyscale de gotas variáveis é fundamental para imprimir gotículas muito finas, importantes para alta resolução, e maiores para chapados e detalhes mais cheios.

 

Referências de parâmetros de cabeças de impressão industrial

 

Frequência de disparo mínima ~ 25 kHz

Resolução nativa a partir de 360 dpi

1 kilohertz = 1.000 Hz =

1.000 ciclos por segundo

1 mícron (μm) = 0,0001 nanómetros (nm)

 

Reologia

Reologia-dinâmica dos fluidos influenciada pela viscosidade. É o fator mais crítico das tintas digitais.

Na impressão jato de tinta, a reologia interfere em tudo, com todas as forças – de campo, de empuxo, de arraste, de jato. A formação e destaque da gota dependem totalmente desse jogo complexo e interativo. Por causa da reologia, as tintas digitais de pigmento de altos sólidos são mais difíceis de trabalhar em qualquer cabeça de impressão. As receitas de tintas com resinas formuladas para ligar as partículas de pigmento no tecido, com maior independência do pré-tratamento, secam rapidamente e requerem mais ciclos de manutenção do que as tintas à base de corantes e tintas sem ligantes. O fluxo de altos sólidos e de moléculas diferentes em um mesmo fluido aumenta a viscosidade e multiplica as dificuldades.

Resolução

Tintas coloridas imprimem bem na faixa de 7 a 12 picolitros. Tintas brancas têm boa cobertura e definição com até 80 picolitros.

É necessário lembrar que a resolução final da estampa é também relacionada com as condições de alisamento e energia da superfície dos tecidos que serão submetidos à impressão. Tecidos rugosos, de fio grosso e fibrilados reproduzem mal as imagens de alta resolução a de alta definição. Tecidos muito lisos e uniformes como o cetim e sedas podem mostrar pontos acima de 10 picolitros nas áreas claras. Hoje os sistemas de gotas vari- áveis, a estabilidade das suspensões coloidais e a recirculação de tinta são a alma da impressão digital de alta resolução, com tintas de pigmento base de água.

O Portal Textília.net não autoriza a reprodução total ou parcial de qualquer conteúdo aqui publicado, sem prévia e expressa autorização. Infrações sujeitas a sanções.

Herculano Ferreira é diretor de Criação e Inovações da ArtZone Arte & Tecnologia. Pedro Dupláa Soares Ferreira é diretor comercial da ArtZone e agente Lubrizol Digital Brasil - Diamond Dispersions® e PrintRite DP®.

Data de publicação: 05/02/2019

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