หมึกพิมพ์บนบรรจุภัณฑ์ ตอน หมึกพิมพ์ฐานน้ำ
เหตุใดหมึกพิมพ์ฐานน้ำในโรงพิมพ์ต้องควบคุมสภาพ pH ของหมึกให้เป็นด่างเสมอเมื่อใช้พิมพ์ ?
รศ.ดร.จันทิรา โกมาสถิตย์ (juntira.kom@gmail.com)
สาขาวิชาเทคโนโลยีการพิมพ์และบรรจุภัณฑ์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี
หมึกพิมพ์ฐานน้ำ ภาษาอังกฤษคือ water based printing ink หรือ aqueous based printing inks หมายถึง หมึกพิมพ์ที่มีตัวพา หรือตัวกลาง (มีเดียม, medium) ประกอบด้วยน้ำเป็นส่วนประกอบหลักที่ทำหน้าที่ละลายสารยึดของหมึกพิมพ์ หรือ เรซิน (resin) หมึกพิมพ์ฐานน้ำทั่วไปใช้เป็นหมึกพิมพ์ชนิดเหลว มีค่าความหนืดต่ำ ข้อด้อยประการสำคัญของหมึกพิมพ์ฐานน้ำคือ ความทนทานต่อน้ำ สีหมึกพิมพ์ละลายหรือซึมออกมากับน้ำได้หากเปียกน้ำหรือสัมผัสความชื้นสูงที่เป็นเช่นนี้เพราะสารยึดของหมึกพิมพ์ละลายน้ำ แม้ว่าหมึกพิมพ์จะแห้งสนิทแล้วก็ตาม แต่ถ้าหากภาพพิมพ์นั้นโดนน้ำก็กลับมาละลายน้ำ (rewetting) ทำให้สีหมึกเลอะออกมาจากภาพได้ จึงมีความต้องการการปรับปรุงความทนทานต่อน้ำของหมึกพิมพ์ฐานน้ำให้สามารถทนทานมากขึ้น โดยปรับเปลี่ยนองค์ประกอบทางเคมีของสารยึด รวมทั้งสารเติมแต่งที่เกี่ยวข้องกับการทำงานของสารยึดในหมึกพิมพ์
ทราบกันดีว่าหมึกพิมพ์ฐานน้ำใช้พิมพ์บนกล่องกระดาษรวมทั้งถุง/แก้วกระดาษด้วยการพิมพ์ระบบเฟล็กโซกราฟี ส่วนประกอบของหมึกพิมพ์ฐานน้ำแบ่งตามประเภทสารยึดในหมึกพิมพ์ ข้อนี้นอกจากผู้ผลิตหมึกพิมพ์แล้วผู้ใช้หมึกพิมพ์อาจจะยังไม่ทราบ ดังนั้นจึงขอยกนำมาเล่าในบทความนี้
1) หมึกพิมพ์ฐานน้ำประเภทใช้สารยึดชนิดละลายน้ำ (Water soluble binders)
หมึกพิมพ์ฐานน้ำประเภทนี้ใช้สารยึดที่ละลายน้ำที่มีค่า pH เป็นด่าง (pH มากกว่า 7) เรซินกลุ่มใหญ่ที่ใช้คือ เรซินอะคริลิก (acrylic resin) ซึ่งจับตัวเป็นก้อนเรซินในสภาวะกรด แต่กลับละลายในน้ำได้ง่ายในสภาวะด่าง ดังนั้นหากต้องการให้เรซินอะคริลิกไม่จับตัวเป็นก้อนในหมึกพิมพ์ขณะบรรจุในกระป๋องหรือถังหมึก หรือแม้แต่ขณะหมึกอยู่ในรางหมึกของเครื่องพิมพ์ก่อนพิมพ์งาน หรือก่อนถ่ายโอนหมึกลงบนลูกแอนิลอกซ์และแม่พิมพ์ ผู้ควบคุมกระบวนพิมพ์ (ช่างพิมพ์) จึงต้องรักษาสภาวะด่างแก่หมึกพิมพ์ คอยวัดค่าพีเอชของหมึก และปรับสภาพด่างให้หมึกพิมพ์ด้วยสารปรับสภาพด่าง ได้แก่ สารละลายแอมโมเนียมไฮดรอกไซด์ หรือน้ำแอมโมเนีย (ammonia solution; ammonium hydrate; aqua ammonia, สูตรเคมี; NH4OH) หรืออาจใช้สารโซเดียมไฮดรอกไซด์ (โซดาไฟ, สูตรเคมี; NaOH) ก็ได้ โดยมีรายงานว่าการใช้สารปรับสภาพด่าง 2 ชนิดนี้มีผลต่อคุณภาพงานพิมพ์แตกต่างกัน
อธิบายกลไกการแห้งตัวของหมึกพิมพ์ฐานน้ำที่ใช้สารยึดชนิดละลายน้ำตามภาพดังนี้
1) ก่อนพิมพ์ เมื่อเติมสารแอมโมเนียมไฮดรอกไซด์ในหมึกพิมพ์ เพื่อให้ตัวกลางของหมึกคือน้ำ มีสภาพเป็นด่าง (pH > 7) มีผลคือเรซินอะคริลิกละลายในหมึกพิมพ์ได้ หมึกพิมพ์ยังคงสภาพเหลวใช้งานพิมพ์ได้ดีในเครื่องพิมพ์เฟล็กโซกราฟี ถ่ายโอนลงในร่องบนลูกแอนิล็อกซ์ได้
2) ขณะพิมพ์ เมื่อถ่ายโอนหมึกพิมพ์ลงบนกระดาษพิมพ์แล้ว เรซินอะคริลิกในหมึกจับตัวเป็นก้อนเกาะบนกระดาษพิมพ์ โดยอาศัย 2 ปัจจัยในกระบวนการพิมพ์ ได้แก่ ความร้อนและสภาพความเป็นกรด การทำแห้งหมึกด้วยความร้อนเพื่อกำจัดสารแอมโมเนีย (NH3) ออกไปจากชั้นหมึกพิมพ์ รวมทั้งกรณีที่เรซินอะคริลิกพิมพ์บนกระดาษพิมพ์ที่มีสภาพกรด จึงจับตัวเป็นก้อนและเกาะอยู่บนกระดาษพิมพ์เกิดเป็นภาพพิมพ์ โดยไม่กลับมาละลายน้ำอีก ยกเว้นกรณีที่หมึกพิมพ์สัมผัสกับสภาวะด่างในสิ่งแวดล้อม
ต่อมาได้มีการพัฒนาสารยึดสำหรับหมึกพิมพ์ฐานน้ำเพื่อให้หมึกพิมพ์ชนิดนี้มีคุณภาพด้านความทนทานต่อการใช้งานสิ่งพิมพ์และสภาพทางการพิมพ์ดีมากขึ้น นิยมใช้เป็นสูตรหมึกพิมพ์ฐานน้ำเฟล็กโซกราฟีสำหรับพิมพ์บนบรรจุภัณฑ์กระดาษอย่างแพร่หลายในทุกวันนี้ นั่นคือ สารยึดอิมัลชั่นซึ่งเป็นสารยึดที่ไม่ละลายน้ำ
2) หมึกพิมพ์ฐานน้ำประเภทใช้สารยึดไม่ละลายน้ำ เป็นสารยึดชนิดอิมัลชั่น (emulsion binder) หรือ ลาเท็กซ์ (latex)
ซึ่งประกอบด้วยอนุภาคของเม็ดพอลิเมอร์เรซินขนาดเล็กมากกระจายตัวในของเหลวตัวกลางคือ น้ำ (water dispersion binder) มีอนุภาคเล็กละเอียดระดับไมโครเมตร เนื่องจากพอลิเมอร์เรซินไม่ละลายน้ำจึงทำให้หมึกพิมพ์มีความทนทานต่อน้ำเมื่อแห้งสนิท นอกจากนี้ เรซินพวกนี้สามารถสังเคราะห์ให้เป็นสารพอลิเมอร์น้ำหนักโมเลกุลสูงเพื่อให้มีความทนทานต่อการใช้งานมากขึ้น เช่น ทนต่อน้ำ ทนต่อสารเคมี ทนต่อการขัดถู ฯลฯ ทนได้มากกว่าสารยึดชนิดละลายน้ำ เรซินที่ใช้ก็ยังนิยมเป็นสารพอลิอะคริลิก อย่างไรก็ตามเสถียรภาพของการกระจายตัวของอนุภาคอิมัลชั่นเหล่านี้ต้องการสภาพค่าพีเอชเป็นด่าง มิเช่นนั้นแล้วเรซินอิมัลชั่นเหล่านี้จะจับตัวเกาะกันเป็นก้อนหากหมึกพิมพ์มีสภาพเปลี่ยนเป็นกรด
สารยึดอิมัลชั่นพอลิอะคริลิกลักษณะคล้ายน้ำนมเนื่องจากการกระจายตัวของอนุภาคเรซินขนาดเล็กจำนวนมากแขวนลอยอยู่ในน้ำ
