การดึงหมึกพิมพ์บนงานพิมพ์ฟิล์มพลาสติกเพื่อหมุนเวียนพลาสติก
รศ. ดร. จันทิรา โกมาสถิตย์
สาขาวิชาเทคโนโลยีการพิมพ์และบรรจุภัณฑ์
มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี
ตอนที่ 1 กลไกการดึงหมึกพิมพ์ด้วยสารลดแรงตึงผิว
ฟิล์มพลาสติกใช้ผลิตเป็นฉลากและบรรจุภัณฑ์ชนิดอ่อนตัวหลากหลาย แน่นอนว่าย่อมมีการพิมพ์ตกแต่งลงบนผลิตภัณฑ์เหล่านี้ตามไปด้วย ระบบการพิมพ์ที่ใช้พิมพ์ลงบนฟิล์มพลาสติกได้รวดเร็วในปริมาณมากด้วยคุณภาพงานพิมพ์ความละเอียดสูง ได้แก่ ระบบพิมพ์กราวัวร์ ระบบพิมพ์เฟล็กโซกราฟี นอกจากนี้ปัจจุบันระบบพิมพ์ดิจิทัลอย่างระบบการพิมพ์อิงค์เจ็ท (Inkjet) และระบบอิเล็กโตรโฟโตกราฟี (Electrophotography) ก็กำลังมาแรงอย่างมาก ในปัจจุบันมีแนวโน้มการใช้เครื่องพิมพ์ประเภทเหล่านี้ในอุตสาหกรรมเพิ่มมากขึ้นเรื่อย ๆ เห็นได้จากการพัฒนาเครื่องพิมพ์ระบบดิจิทัลสำหรับบรรจุภัณฑ์รุ่นต่าง ๆ ออกจำหน่ายอย่างต่อเนื่อง มีทั้งสำหรับพิมพ์แยกระบบเดียว หรือพิมพ์ร่วมกับเครื่องพิมพ์ทั่วไปที่เรียกว่าการพิมพ์แบบไฮบริด
เป็นที่ทราบกันดีว่าขยะบรรจุภัณฑ์พลาสติกเป็นปัญหาที่เร่งแก้ไขมานาน นอกจากมีการคิดค้นพลาสติกชนิดใหม่ ๆ ที่สามารถย่อยสลายในระยะเวลาอันสั้นทดแทนพลาสติกย่อยสลายยากกรณีพลาสติกปิโตรเลียมทั่วไปนั้นการนำมาเวียนใช้ซ้ำ (reuse) การนำไปหลอมขึ้นรูปซ้ำ (recycle) ก็เป็นอีกวิธีแก้ปัญหาที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ในปัจจุบัน ขยะฟิล์มพลาสติกอ่อนตัวที่ผลิตเป็นถุง ซอง หรือฉลากบรรจุภัณฑ์ที่ผ่านการพิมพ์ตกแต่ง ย่อมมีหมึกพิมพ์ติดอยู่ เมื่อนำไปหลอมขึ้นรูปซ้ำจะมีหมึกปนเปื้อนทั้งสี สารเคมี และอนุภาคหมึก ทำให้ชิ้นงานพลาสติกที่รีไซเคิลออกมาจากฟิล์มพลาสติกเหล่านี้มีคุณสมบัติด้อยลงไป หากมีความต้องการจะกำจัดหมึกพิมพ์ออกจากแผ่นฟิล์มพลาสติกที่พิมพ์แล้วเหล่านี้ก่อนนำไปหลอมเพื่อรีไซเคิลเป็นพลาสติกอีกครั้ง ประการแรก ควรหลีกเลี่ยงการใช้ตัวทำละลายอินทรีย์ระเหยไว หรือสาร VOCs หลีกเลี่ยงการใช้สารเคมีค่อนข้างอันตรายที่อาจตกค้างในระบบนิเวศน์ทั้งดิน น้ำ อากาศ และสิ่งมีชีวิตน้อยใหญ่ทั้งหลาย
วิธีการดึงหมึกพิมพ์บนงานพิมพ์พลาสติก จึงแนะนำให้ใช้สารลดแรงตึงผิว (surface active agent หรือ surfactant) ซึ่งเป็นสารที่สามารถช่วยลดค่าแรงตึงผิวหรือแรงตึงระหว่างผิวใด ๆ มีสมบัติช่วยทำความสะอาดพื้นผิว รวมทั้งช่วยกระจายอนุภาคให้แขวนลอยได้ เนื่องจากสารลดแรงตึงผิวเป็นสารเคมีที่ปลอดภัย ไม่ก่ออันตราย นำไปใช้ประโยชน์ได้ทั่วไปตามอาคารบ้านเรือน เช่น สบู่ แชมพู ผงซักฟอก รวมทั้งเป็นส่วนประกอบสำคัญในน้ำยาล้างกำจัดคราบสกปรกชนิดต่าง ๆ
การใช้สารลดแรงตึงผิวที่จะนำมาดึงหมึกพิมพ์ออกจากผิวพลาสติกที่ต้องการนั้นย่อมยากง่ายแตกต่างกันไปตามชนิดหรือสูตรหมึกพิมพ์ที่พิมพ์บนพลาสติกต่างชนิดกัน การเลือกสารลดแรงตึงผิวควรพิจารณาก่อนว่าเป็นสารลดแรงตึงผิวชนิดใด โครงสร้างของสารลดแรงตึงผิวนั้นประกอบด้วยสองส่วนที่มีสมบัติตรงข้ามอยู่ในโมเลกุลเดียวกันคือ ส่วนที่ชอบน้ำ มีสภาพไฮโดรฟิลิก (hydrophilicity) มีสมบัติรวมตัวหรือดึงดูดโมเลกุลที่มีสภาพขั้วทางเคมีได้ดี หมายถึงสามารถเข้าได้ดีกับโมเลกุลน้ำหรือสารที่ละลายน้ำ และส่วน ไม่ชอบน้ำมีสภาพไฮโดรโฟบิก (hydrophobicity) มีสมบัติตรงข้ามกับส่วนที่ชอบน้ำ คือสามารถรวมตัวกับโมเลกุลที่ไม่มีสภาพขั้วทางเคมี สามารถละลายเข้าได้ดีกับพวกน้ำมันหรือไขมัน
ชนิดของสารลดแรงตึงผิว
แบ่งออกเป็น 4 ชนิดแตกต่างกันตรงส่วนชอบน้ำ (ไฮโดรฟิลิก) ของโมเลกุล ได้แก่
- ชนิดประจุลบ (anionic surfactant) ก่อฟองได้มาก สารลดแรงตึงผิวกลุ่มนี้ที่รู้จักทั่วไป เช่น สบู่ ผงซักฟอก นอกจากนี้ อุตสาหกรรมเยื่อกระดาษมักใช้สารลดแรงตึงผิวชนิดนี้ในกระบวนการดึงหมึกออกจากเยื่อกระดาษรีไซเคิลเพื่อลอยฟองเศษหมึกพิมพ์
- ชนิดประจุบวก (cationic surfactant) ไม่เกิดฟอง ทั่วไปนิยมนำมาผลิตเป็นครีมนวดผม น้ำยาปรับผ้านุ่ม
- ชนิดสองประจุ (amphoteric surfactant) มีโครงสร้างโมเลกุลที่สามารถเปลี่ยนเป็นประจุลบในสภาวะด่าง หรือเป็นประจุบวกในสภาวะกรด คือไอออนหรือสภาพประจุของสารเปลี่ยนได้ตามสภาวะกรดด่าง (pH) จึงใช้งานได้ดีในสภาวะกรดด่างที่เปลี่ยนแปลง อีกทั้งยังนำไปใช้ร่วมกับสารลดแรงตึงผิวชนิดอื่นได้ สารชนิดนี้ไม่ก่อการระคายเคืองต่อผิวหนังและดวงตาจึงนิยมใช้เป็นผลิตภัณฑ์สำหรับร่างกาย ผลิตภัณฑ์ดูแลผิว
- ชนิดไม่มีประจุ (nonionic surfactant) ไม่มีทั้งประจุลบและบวกบนโมเลกุล สารละลายของสารลดแรงตึงผิวชนิดนี้มีฟองน้อยจนถึงไม่มีฟอง ก่อการระคายเคืองน้อยกว่าชนิดประจุลบ ทั่วไปใช้เป็นผลิตภัณฑ์พวกน้ำยาล้างจาน น้ำยาซักผ้า เป็นต้น มีสมบัติการละลายน้ำขึ้นอยู่กับสัดส่วนระหว่างส่วนชอบและไม่ชอบน้ำของโครงสร้าง ซึ่งดูได้จากค่า HLB นิยมใช้กันมากในหลายด้าน
กลไกการดึงหมึกออกจากผิววัสดุพิมพ์ เริ่มจากโมเลกุลสารลดแรงตึงผิวหันส่วนไม่ชอบน้ำเข้าไปจับโมเลกุลหมึกพิมพ์ที่มีสภาพไม่ชอบน้ำเช่นกัน เนื่องจากหมึกพิมพ์ประกอบด้วย ผงสี สารยึด ที่มีสภาพมีขั้วต่ำมีสภาพไฮโดรโฟบิก ตรงนี้เป็นข้อสำคัญในการเลือกชนิดสารลดแรงตึงผิวให้สามารถจับกับหมึกพิมพ์ได้ หากเลือกได้เหมาะสมหรือใช้สารลดแรงตึงผิวคุณภาพดีก็จะทำให้หมึกหลุดออกมาจากผิวพลาสติกได้ โดยไม่จำเป็นต้องใส่สารเคมีที่มีฤทธิ์กัดกร่อนอื่นเข้าไปผสมร่วมด้วย ตรงข้ามหากเลือกสารลดแรงตึงผิวที่โครงสร้างโมเลกุลไม่เข้ากับโมเลกุลหมึกพิมพ์ ทำให้ไม่สามารถจับหรือรวมตัวกับหมึกพิมพ์ได้ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับโครงสร้างเคมีของสารลดแรงตึงผิวและหมึกพิมพ์ สมมติฐานอีกประการหนึ่ง คือ แรงยึดติดระหว่างสารลดแรงตึงผิวบนผิวพลาสติกมีค่ามากกว่าแรงยึดติดระหว่างหมึกพิมพ์บนผิวพลาสติก ซึ่งเกี่ยวข้องกับหลักการทางเคมีพื้นผิว ค่าแรงตึงระหว่างผิว (interfacial tension) ระหว่างสารลดแรงตึงผิวที่ใช้ดึงหมึกและพื้นผิวใด ๆ ในที่นี้คือ ผิวพลาสติก กล่าวอย่างง่ายคือ หากน้ำยาของสารลดแรงตึงผิวที่ใช้ดึงหมึกออกจากผิวพลาสติกมีค่าแรงตึงผิวใกล้เคียงกับค่าพลังงานผิวพลาสติกนั้นมากที่สุด จะมีผลให้ดึงหมึกหลุดออกมาได้ดีที่สุด เพื่อให้ผิวพลาสติกดึงดูดโมเลกุลสารลดแรงตึงผิวไว้บนผิวพลาสติกได้ดี เกิดการเปียกผิวสมบูรณ์ แล้วเข้าแทรกแทนโมเลกุลหมึกพิมพ์ ขณะเดียวกันโมเลกุลสารลดแรงตึงผิวก็ต้องสามารถเข้าจับอนุภาคหมึกพิมพ์ได้ดีด้วย
การทดลองดึงหมึกออกจากงานพิมพ์พลาสติกบรรจุภัณฑ์อ่อนตัวบนพลาสติกชนิดต่าง ๆ จากโครงงานทดลอง มีดังนี้
- ฟิล์มอ่อนตัวพอลิเอทิลีน (LLDPE, LDPE) พิมพ์ด้วยหมึกพิมพ์เฟล็กโซกราฟีและหมึกพิมพ์กราวัวร์ ชนิดฐานตัวทำละลาย
- ฟิล์มอ่อนตัวพอลิโพรพิลีน (PP) พิมพ์ด้วยหมึกพิมพ์กราวัวร์ชนิดฐานตัวทำละลาย
- ฟิล์มอ่อนตัวพอลิเอทิลีนเทเรฟพทาเลท (PET) พิมพ์ด้วยหมึกพิมพ์กราวัวร์ชนิดฐานตัวทำละลาย
- ฟิล์มอ่อนตัวพอลิไวนิลคลอไรด์ (พีวีซี, PVC) พิมพ์ด้วยหมึกพิมพ์กราวัวร์ชนิดฐานตัวทำละลาย
ได้ตารางสรุปโดยรวมของชนิดสารลดแรงตึงผิวที่ใช้ดึงหมึกบนพลาสติกพิมพ์แล้ว ดังนี้
o หมายถึง ดึงหมึกได้โดยไม่ต้องเพิ่มสภาพกรดด่างของสารละลายของสารลดแรงตึงผิว
o* หมายถึง ดึงหมึกได้โดยต้องเพิ่มสภาพกรดด่างของสารละลายของสารลดแรงตึงผิว
– หมายถึง หมึกไม่หลุดลอก
จากตารางสรุปดังกล่าว พบว่าการดึงหมึกพิมพ์เฟล็กโซกราฟีบนงานพิมพ์ฟิล์มพลาสติกพอลิเอทิลีน (LDPE, LLDPE) มีผลดึงออกได้ง่ายที่สุด หากเลือกใช้สารลดแรงตึงผิวที่เหมาะสมคือชนิดประจุลบและชนิดไร้ประจุ ก็ไม่จำเป็นต้องใส่สารโซดาไฟเพื่อเพิ่มความเป็นด่างในสารละลาย ส่วนฟิล์มพลาสติกพอลิโพรพิลีน (PP) นั้นหมึกพิมพ์หลุดค่อนข้างดีรองจากพอลิเอทิลีน ในขณะที่ฟิล์มพอลิเอสเทอร์ (PET) หมึกพิมพ์หลุดยากกว่าฟิล์ม LLDPE, LDPE และ PP ต้องเติมโซดาไฟในสารละลายเพื่อทำปฏิกิริยาละลายบางส่วนของหมึกออกก่อน ส่วนฟิล์มพลาสติกชนิดพีวีซียังไม่สามารถพบสารลดแรงตึงผิวที่ดึงหมึกออกได้ ยังต้องศึกษาทดลองค้นหาสารลดแรงตึงผิวที่เหมาะสมต่อไป