Control de viscosidad de la tinta: medición, ajuste y formulación

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El control de viscosidad de la tinta es la práctica de mantener la resistencia al flujo de una tinta dentro de un intervalo predeterminado, vigilándola de forma continua y corrigiéndola hasta los límites especificados, para que la transferencia de tinta, la intensidad de color y el secado se mantengan constantes desde la primera impresión hasta la última. Dos disciplinas comparten la tarea: la sala de prensa, donde se dosifican disolvente, agua o tinta fresca para compensar la deriva, y el laboratorio de formulación, donde la dispersión del pigmento, el comportamiento de la espuma y la reología se diseñan para que la tinta derive menos desde el principio. Esta guía abarca ambas, para impresión flexográfica, huecograbado y cartón ondulado.

Resumen rápido

• La viscosidad gobierna la transferencia de tinta, la densidad de color, el secado y el desperdicio, por lo que se especifica, se mide y se corrige durante cada tirada, y no solo en la preparación.
• La temperatura, la evaporación del disolvente, el historial de cizallamiento y las condiciones de almacenamiento son las principales causas de deriva; el control automático compensa con correcciones pequeñas y frecuentes en lugar de correcciones grandes y ocasionales.
• El objetivo correcto lo aporta el fabricante de la tinta y depende del tipo de tinta, de la especificación del anilox o del cilindro, de la velocidad de la prensa, del sustrato y de la temperatura.
• La formulación reduce la carga sobre la prensa: un pigmento bien dispersado, una espuma controlada y un perfil reológico diseñado a propósito hacen que la viscosidad sea más fácil de mantener.

La viscosidad es la resistencia de la tinta al flujo. En impresión flexográfica, de huecograbado y de cartón ondulado, el término abarca tres actividades vinculadas: medir la tinta en una condición definida, comparar la lectura con la ventana especificada y ajustar la tinta cuando la lectura se sale de ella. El ajuste suele consistir en añadir disolvente o agua para diluir una tinta que se ha espesado, o en añadir tinta virgen para restituir los sólidos cuando la tinta se ha diluido en exceso.

La guía de impresión de cartón ondulado publicada por un fabricante de viscosímetros indica que los operarios deben mantener una viscosidad compatible con una imprimibilidad aceptable y, cuando sea necesario, añadir tinta virgen, verificar que la tinta es adecuada para el sustrato, confirmar la formulación y comprobar o ajustar el pH según las especificaciones del trabajo. La viscosidad es, por tanto, uno de varios parámetros de tinta interrelacionados, y no un número aislado.

Los instrumentos en línea añaden un refinamiento adicional. La monitorización en tiempo real mide la viscosidad respecto a una línea base en lugar de basarse solo en valores absolutos, lo que hace visible la tendencia antes de que se convierta en un defecto.

Por qué la viscosidad determina el color, la transferencia y el desperdicio

La viscosidad es un indicador indirecto de la magnitud que da color a una tinta. Es un indicador del porcentaje de sólidos de la tinta, y la carga de pigmento se encuentra dentro de esos sólidos. Cuando la viscosidad se desvía, la concentración de pigmento se desvía con ella.

Las consecuencias son medibles:

• Variación de color. Un ensayo en prensa de huecograbado recogido en un trabajo de TAGA encontró una variación de color significativamente mayor con control manual de la viscosidad que con control automático de la adición de disolvente. El mismo estudio describe cómo afecta la viscosidad a la transferencia de tinta, la ganancia de tono, la gama de color y la calidad de la imagen impresa.
• Dilución excesiva. Una dilución excesiva reduce la concentración de pigmento y puede debilitar el color, según el mismo estudio de TAGA, y por eso el disolvente se añade en incrementos medidos.
• Desperdicio y coste. Una viscosidad mal ajustada puede provocar calidad de impresión deficiente, consumo excesivo de tinta y costes innecesarios, mientras que un control estricto puede reducir los tiempos de preparación y las mermas.
• Defectos en cartón ondulado. Un proveedor de viscosímetros para flexografía y cartón ondulado señala el control deficiente de la viscosidad como factor que contribuye a rayados, halos, emborronamientos, ojos de pez y desviaciones de color, junto con un mayor consumo de tinta y más desperdicio.

La flexografía añade su propia sensibilidad. Las tintas de secado rápido y las planchas blandas sobre envases y otros sustratos hacen que, sin una viscosidad estable, las imágenes y los mensajes puedan imprimirse de forma inconsistente y las tiradas sean rechazadas.

Qué provoca la deriva de viscosidad

La viscosidad no es una propiedad fija de una tinta. Cambia con la temperatura, la velocidad de cizallamiento, las condiciones de flujo y la presión. En una prensa en funcionamiento dominan cuatro mecanismos.

Temperatura

Una tinta más caliente se vuelve menos viscosa y una tinta más fría, más viscosa. Un artículo técnico de un fabricante de tintas señala que estos cambios pueden limitar el suministro de tinta y provocar fluctuaciones de densidad o faltas de tinta, mientras que otras condiciones contribuyen a goteo, nebulización, salpicaduras, acumulaciones o repintado por transferencia. Las fluctuaciones de temperatura pueden tener un efecto drástico sobre la viscosidad, y por eso son habituales los circuitos de tinta calefactados o refrigerados y las lecturas con compensación de temperatura en los sistemas automatizados.

Evaporación de disolvente o agua

El estudio de TAGA sobre huecograbado explica que la evaporación durante la tirada modifica la concentración de la tinta, de modo que es necesario añadir disolvente para mantener las condiciones de trabajo. La tinta del tintero o de la cámara se vuelve, por tanto, más concentrada cuanto más tiempo lleva en funcionamiento, a menos que se reponga.

Tiempo de permanencia junto a la prensa

La viscosidad y el pH pueden cambiar mientras la tinta permanece junto a la prensa durante horas o días debido a las condiciones ambientales. La guía de medición de un impresor de etiquetas recomienda que los impresores las registren y las ajusten dentro de las tolerancias establecidas, junto con la densidad, la temperatura del secador, las especificaciones del anilox y otras condiciones de prensa.

Almacenamiento

El almacenamiento importa antes de que la tinta llegue a la prensa. Para el plastisol, un proveedor de tintas recomienda recipientes cerrados y almacenamiento entre 65°F y 90°F (18°C y 32°C), y advierte de que el calor, los suelos fríos, la luz solar y el curado parcial pueden alterar la viscosidad y la imprimibilidad. Las tintas base agua y base disolvente tienen sus propios límites de almacenamiento, que especifica la ficha técnica de cada producto.

Medición de la viscosidad: instrumentos, unidades y normas

Una lectura solo es útil cuando el método es repetible. El trabajo en línea y en laboratorio utiliza varias familias de instrumentos, y cada una informa de una magnitud ligeramente distinta.

La lista de instrumentos y las convenciones de unidades (viscosidad dinámica en Pa·s, viscosidad cinemática en stokes o m²/s, segundos de copa de flujo) siguen una evaluación académica de sensores en línea para huecograbado, que también señala que los sensores de diapasón pueden calcular la viscosidad dinámica y la densidad específica, mientras que los sensores de ondas acústicas miden el producto de la viscosidad dinámica por la densidad. Esa distinción importa cuando se compara la lectura de un dispositivo con una especificación redactada para otro.

Para las tintas en pasta, la norma ASTM D4040-10(2019) cubre la determinación de la viscosidad aparente y del comportamiento no newtoniano con un viscosímetro de varilla descendente y resulta útil para el control de producción y para la aceptación proveedor-comprador.

El historial de cizallamiento también afecta al valor obtenido. Un informe del National Bureau of Standards concluyó que las mediciones reproducibles de viscosidad de tinta requieren controlar el procedimiento de medición y el historial de cizallamiento, y que un breve pretratamiento rotacional a una velocidad de cizallamiento suficientemente alta puede reducir las fuerzas normales inestables y proporcionar valores estables. En la práctica, dos laboratorios que miden la misma tinta tixotrópica pueden discrepar si uno agita la muestra y el otro no.

Control manual frente a control automático

Las copas de flujo siguen siendo muy habituales porque son económicas y rápidas, pero dependen de la sincronización del operario, del estado de la copa y del intervalo de muestreo. La opinión de los investigadores de TAGA es que el control automático supera a las mediciones manuales con copa, porque las correcciones pequeñas y frecuentes pueden compensar la evaporación, mientras que los errores del operario y de la copa de flujo generan oscilaciones de viscosidad mayores y una variación de color correspondiente.

En huecograbado, viscosímetros precisos y repetibles con control automático pueden mantener la viscosidad dentro de límites estrechos y ayudar a garantizar una calidad de color constante en tiradas largas.

En las líneas flexográficas también existen sistemas integrados. Un proveedor de anilox y de gestión de tinta describe un equipo que mide la viscosidad con un sensor de vibración y controla la viscosidad y la temperatura de tintas base agua y base disolvente dentro del sistema de distribución de tinta, y afirma que estos sistemas reducen el tiempo de mantenimiento y de limpieza.

Una rutina de control viable, manual o automatizada, sigue la misma secuencia:

1. Acondiciona la tinta y registra la temperatura antes de la primera lectura.
2. Mide al inicio de la tirada y compara con la ventana especificada.
3. Añade disolvente, agua o tinta virgen en pequeños incrementos, dejando tiempo para la mezcla.
4. Vuelve a medir a intervalos fijos, o de forma continua con un sensor en línea.
5. Registra la viscosidad junto a la densidad, el pH y la temperatura, de modo que la deriva pueda rastrearse hasta una causa.

Cómo elegir el valor objetivo correcto

El objetivo no es un número universal. Los impresores deben usar la viscosidad indicada por el fabricante de la tinta y vigilarla al inicio y a lo largo de toda la tirada dentro de las tolerancias acordadas, ya que el valor correcto depende del tipo de tinta, de la especificación del anilox, de la velocidad de la prensa, del sustrato y de la temperatura.

La condición de medición merece la misma atención. Un libro blanco técnico sobre análisis de tintas aconseja que los valores se midan en condiciones que simulen las del cabezal de impresión. Las impresoras modernas pueden aplicar velocidades de cizallamiento de hasta 10^5 a 10^6 s^-1, y las tintas pueden necesitar una viscosidad alta a bajo cizallamiento para la estabilidad y una viscosidad más baja a alto cizallamiento para la impresión. El mismo documento subraya que no existe una formulación de tinta universal: una tinta necesita un perfil reológico que equilibre la estabilidad en almacenamiento con el rendimiento durante la impresión.

Esta es la clave para leer correctamente una ficha técnica. Un único valor en segundos de copa describe la tinta en una sola condición de cizallamiento. El perfil reológico a lo largo de las velocidades de cizallamiento describe cómo se comportará la tinta en el tintero, en las celdas del anilox o del cilindro de huecograbado y en el nip.

Palancas de formulación que facilitan mantener la viscosidad

La corrección junto a la prensa trata el síntoma. La formulación aborda la causa reduciendo hasta dónde puede moverse la viscosidad. Cuatro palancas importan a los fabricantes de tintas.

Dispersión del pigmento

El pigmento mal estabilizado flocula, y la floculación eleva la viscosidad a bajo cizallamiento y debilita el desarrollo del color. Los aditivos humectantes y dispersantes se adsorben sobre la superficie del pigmento y lo estabilizan frente a la reaglomeración, con lo que se pretende mantener constante la reología de la tinta durante el almacenamiento y a través de los ciclos de cizallamiento de una tirada. Dentro de la línea ASTRA, ASTRA DISP® es la gama de dispersantes para formulaciones pigmentadas.

Selección de pigmentos y cargas

El propio pigmento contribuye. En las tintas blancas, la selección del grado de dióxido de titanio cambia la viscosidad, porque el tratamiento superficial y la absorción de aceite difieren entre grados. El folleto sobre tintas de un productor de dióxido de titanio explica que su grado tratado con alúmina/sílice se recomienda para tintas flexográficas mates y que combinar dos grados permite a los formuladores optimizar la opacidad y la viscosidad de la tinta. La elección del pigmento y la del dispersante deben, por tanto, cualificarse conjuntamente.

Control de la espuma

Las tintas bombeadas, recirculadas y rasqueteadas con cuchilla ocluyen aire. La espuma distorsiona la lectura de viscosidad aparente, ya que el aire ocluido altera la respuesta de los sensores en línea y de las copas, y produce pinholes y un depósito irregular sobre el sustrato. Los desespumantes se seleccionan por su química: los tipos de silicona actúan con fuerza a baja dosificación, pero exigen ensayos de compatibilidad frente al riesgo de defectos superficiales, mientras que los tipos sin silicona encajan en sistemas donde la silicona no es bienvenida. La gama ASTRA cubre ambos: ASTRA DF® y ASTRA DF NS® para el desespumado con silicona y sin silicona, respectivamente.

Modificación de la reología

Un modificador reológico construye el perfil descrito: estructura suficiente en reposo para evitar la sedimentación del pigmento, y una respuesta de adelgazamiento por cizallamiento bajo el alto cizallamiento de la impresión. La línea ASTRA REO® está diseñada para este fin. La dosificación se determina experimentalmente, porque el efecto depende de la resina, del sistema de disolvente o de agua y de la carga de pigmento. Los lectores que trabajan tanto en recubrimientos como en tintas encontrarán lógica de dosificación y de selección relacionada en la guía de diluyentes reactivos y aditivos funcionales, y más material técnico en el blog técnico de ASTRA CHEMICAL.

Diagnóstico de los defectos relacionados con la viscosidad

La tabla siguiente relaciona síntomas habituales de prensa con causas relacionadas con la viscosidad y con una primera comprobación. Es un punto de partida para la investigación, no un sustituto de las indicaciones del proveedor de tinta.

Los síntomas de temperatura siguen la explicación del fabricante citada antes, y las entradas de rayados y emborronamientos siguen el análisis de cartón ondulado del proveedor de viscosímetros; las entradas restantes reflejan un razonamiento de proceso estándar y deben confirmarse con la ficha técnica de la tinta en uso.

Perspectiva: la estabilidad de la viscosidad empieza en la formulación

Nuestra experiencia apoyando a fabricantes de recubrimientos, adhesivos y tintas indica que los problemas de viscosidad notificados en la prensa son con frecuencia problemas de formulación que se manifiestan tarde. Cuando el pigmento solo está estabilizado de forma marginal, o cuando la espuma se controla únicamente con un aditivo genérico, el operario de prensa hereda un sistema que deriva, y ningún viscosímetro puede arreglar una dispersión que se está reaglomerando.

Por eso abordamos la viscosidad de la tinta como una especificación conjunta de dispersante, desespumante y modificador reológico, cada uno cualificado frente al sistema de resina, el pigmento y el proceso reales. ASTRA DISP®, ASTRA DF®, ASTRA DF NS® y ASTRA REO® están diseñados para evaluarse en conjunto en una cualificación respaldada por laboratorio, con soporte de dosificación orientado al menor coste total de uso y no al menor precio por kilogramo.

La consistencia entre lotes importa tanto como la química del aditivo. Un bucle de control de proceso ajustado a un lote de aditivo solo funciona de forma predecible si el lote siguiente se comporta igual, y nuestra documentación y soporte técnico están organizados en torno a ese requisito.

Astra R&D Team

Cualificación de aditivos para un sistema de tinta

Una cualificación estructurada limita el tiempo dedicado a prueba y error. La secuencia siguiente se adapta a la mayoría de los sistemas de tinta.

1. Define el objetivo: tipo de prensa, familia de tinta (disolvente, agua, curado por energía), sustrato y ventana de viscosidad según la especificación de la tinta.
2. Establece una línea base: mide la tinta sin modificar en las condiciones de cizallamiento que importan y registra la temperatura.
3. Evalúa la dosificación del dispersante mediante un estudio en escalera, vigilando la viscosidad, la intensidad de color y la estabilidad tras envejecimiento térmico.
4. Añade desespumante al nivel eficaz más bajo y comprueba si aparecen defectos superficiales y cómo se comporta el repintado.
5. Ajusta la reología para restituir la estructura en reposo y el adelgazamiento por cizallamiento durante la impresión.
6. Valida en prensa, registrando viscosidad, densidad, pH y temperatura frente a la línea base.

Repetir el mismo método de medición en cada paso importa más que la elección del instrumento, dada la sensibilidad al historial de cizallamiento señalada antes.

Aditivos ASTRA para formuladores de tintas

ASTRA CHEMICAL fabrica dispersantes, desespumantes con y sin silicona, modificadores reológicos y aditivos funcionales para recubrimientos, adhesivos, tintas, plásticos y materiales compuestos, con consultoría técnica y solicitudes de muestras a disposición de los fabricantes industriales. Los formuladores que están evaluando un problema de viscosidad pueden consultar la gama completa de productos ASTRA y solicitar muestras de laboratorio para la cualificación.

Las páginas de producto detallan la química de cada línea, y el soporte técnico ayuda a planificar la dosificación y la compatibilidad para el sistema de tinta concreto.

Preguntas frecuentes

¿Con qué frecuencia debe medirse la viscosidad de la tinta durante una tirada?

El intervalo lo fijan el proveedor de la tinta y la prensa, pero el principio es constante: medir al inicio y a lo largo de la tirada dentro de las tolerancias acordadas. Los sistemas de evaporación rápida justifican intervalos más cortos o medición continua en línea, porque la evaporación concentra la tinta de forma progresiva durante la tirada.

¿Basta con una copa de flujo o es necesaria la medición en línea?

Una copa de flujo puede mantener una ventana aceptable en trabajos estables y cortos. Para tiradas largas y tolerancias de color estrictas, la investigación de TAGA prefiere el control automático, ya que las correcciones pequeñas y frecuentes evitan las oscilaciones mayores que producen los errores del operario y de la copa de flujo.

¿Pueden los aditivos reducir la viscosidad de la tinta sin diluirla?

En muchos sistemas, sí. Los dispersantes pueden reducir la viscosidad que aporta un pigmento mal estabilizado, lo que permite que la tinta conserve la concentración de pigmento en lugar de diluirse con disolvente. El efecto depende del sistema de resina y de pigmento, por lo que la dosificación debe establecerse mediante ensayos de laboratorio.

¿Por qué la misma tinta da lecturas distintas en dos laboratorios?

La causa suele ser el método y no la tinta. El tipo de instrumento, la velocidad de cizallamiento, la temperatura y el pretratamiento de la muestra modifican el valor informado, y un informe del National Bureau of Standards concluyó que controlar el procedimiento y el historial de cizallamiento es necesario para obtener resultados reproducibles.

¿A qué viscosidad debe trabajar una tinta determinada?

Al valor que indique el fabricante de la tinta para esa tinta, ese anilox o cilindro, esa velocidad, ese sustrato y esa temperatura. Las cifras genéricas no son fiables porque no existe una formulación de tinta universal.

Fuentes

• Optimizar la impresión flexográfica, de huecograbado y de cartón ondulado mediante la monitorización en línea del proceso
• Control automático de la viscosidad en la impresión por huecograbado (TAGA)
• Sistemas de optimización y automatización de la viscosidad de la tinta para impresión y recubrimiento por huecograbado, parte 1
• Por qué importa el control de la viscosidad en la impresión flexográfica
• eGuide de cartón ondulado
• Cómo afecta la temperatura al rendimiento de la tinta
• Almacenar correctamente la tinta de plastisol
• Fundamentos de la impresión de etiquetas: mediciones y ajustes
• Evaluación de sensores para la medición de viscosidad en línea en impresión por huecograbado
• ASTM D4040-10(2019) Propiedades reológicas de las tintas de impresión en pasta
• Relaciones entre propiedades mecánicas y rendimiento, NBSIR 84-2901
• Sistemas de gestión de tinta con anilox
• La viscosidad correcta de la tinta es vital para una impresión de alta calidad
• Estrategias analíticas para la formulación de tintas
• Dióxido de titanio KRONOS para tintas