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METODOLOGIA PARA AVALIAÇÃO DO DESEMPENHO DE TINTAS PARA

DECORAÇÃO DIGITAL DE REVESTIMENTOS CERÂMICOS

A. V. Lot (a), L. J. J. Nieves (a), F. G. Melchiades (ab), A. O. Boschi (a)

(a) Laboratório de Revestimentos Cerâmicos – LaRC, Departamento de Engenharia

de Materiais – DEMA, Universidade Federal de São Carlos - UFSCar, São Carlos,

SP, Brasil

(b) Centro de Revestimentos Cerâmicos – CRC, Parque Eco Tecnológico Damha I,

São Carlos, SP, Brasil

*e-mail: [email protected]

RESUMO

O Brasil é o segundo maior consumidor e produtor mundial de revestimentos

cerâmicos. A tecnologia de decoração de revestimentos por impressão digital a jato

de tinta, devido à suas inúmeras vantagens, já foi adotada na indústria do país e se

difunde cada vez mais. Devido às peculiaridades da técnica, ainda não existe uma

metodologia para a avaliação do desempenho das tintas utilizadas nas impressoras

digitais que auxilie na seleção desses insumos pelos produtores de revestimento.

Dessa forma, entre tintas adquiridas de fabricantes distintos, observam-se

diferenças na definição do desenho, na paleta de cores obtidas e no rendimento das

mesmas. Esse trabalho propõe uma metodologia para avaliar comparativamente o

desempenho de tintas industriais para decoração digital, com base na análise do

comportamento colorimétrico e da extensão das mesmas sobre o substrato

cerâmico. O trabalho ainda identifica as características das tintas responsáveis pelas

diferenças de comportamento observadas entre estas.

Palavras chave: decoração digital, decoração por jato de tinta, revestimentos

cerâmicos

60º Congresso Brasileiro de Cerâmica15 a 18 de maio de 2016, Águas de Lindóia, SP

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INTRODUÇÃO

A decoração digital a jato de tinta, devido às inúmeras vantagens que oferece,

já foi adotada na maioria das indústrias de revestimentos cerâmicos no Brasil, que

hoje já é o segundo maior fabricante e consumidor mundial desses produtos(1).

Ao contrário dos métodos mais tradicionais para decoração de revestimentos,

na impressão digital a tinta é transferida à peça sem contato com a mesma(2).

Conforme a necessidade de cada ponto na formação da imagem a ser impressa(3),

gotas de tinta são projetadas através de bocais de diâmetros micrométricos.

Após o impacto da gota no substrato, a gota se estende sobre a peça devido a

sua energia cinética. Quanto maior sua velocidade de impacto, sua densidade e seu

diâmetro inicial, maior sua extensão(4). Quanto maior a viscosidade e a tensão

superficial da tinta, menor tende a ser essa extensão.

Enquanto a tinta se espalha pela peça, ela é sugada pelos poros da mesma. A

rapidez com que a tinta seca depende da porosidade, umidade e temperatura do

substrato e da natureza e características do veículo. Se a tinta seca antes do final da

extensão da gota, essa extensão fica limitada e o ponto formado é menor(4).

A definição de uma imagem é a nitidez que a mesma consegue transmitir e

está diretamente ligada à sua resolução. A resolução da imagem, por sua vez, é

determinada pelo tamanho dos pontos impressos, sendo expressa em dpi ou

“pontos por polegada”. Um dpi equivale a uma gota impressa a cada 25,4mm(5) e

assim, quanto menores os pontos impressos, mais pontos podem ser impressos em

um determinado comprimento e maior a resolução do desenho.

Outro aspecto importante da qualidade da imagem é sua qualidade cromática.

Quando mais intensas e puras as cores das tintas utilizadas, maior a paleta de cores

imprimíveis e melhor a qualidade cromática do desenho impresso.

Na impressão digital, as imagens se formam pela sobreposição de pontos das

quatro cores do modelo CMYK (ciano, magenta, amarelo e preto). Em outros setores,

utilizam-se tintas a base de corantes orgânicos, mas em cerâmica, são usados

pigmentos inorgânicos, e estes não reproduzem as cores puras do modelo CMYK.

Além disso, para evitar a obstrução de bocais na saída da tinta, tais pigmentos são

micronizados (moidos a tamanhos de partícula menores que 1μm(6)) e uma fração

das partículas é tão reduzida que sua estrutura cristalina responsável pela cor é

destruida e o pigmento perde intensidade de cor(7).


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Assim, na indústria de revestimentos, usam-se tintas de cor azul, marrom, bege

e preta, que fornecem uma gama de cores mais estreita do que o conjunto CMYK,

resultando em menor qualidade cromática das imagens impressas.

Por ser uma tecnologia recente e peculiar, ainda não existe uma metodologia

para a avaliação do desempenho das tintas para da decoração digital. Na indústria,

essas tintas são adquiridas sem critérios técnicos de seleção, na maioria das vezes,

com base em seu preço. E entre conjuntos de tintas de fornecedores diferentes, são

observadas diferenças na resolução da imagem impressa e na qualidade cromática

da mesma. Além disso, o rendimento, ou seja, a quantidade de metros quadrados

de uma mesma decoração que podem ser impressos por unidade de volume da

tinta, varia entre tintas diferentes. E o rendimento, devido ao alto custo dessas tintas,

é uma grande preocupação para os produtores de revestimentos.

Nesse contexto, o trabalho objetiva desenvolver uma metodologia para avaliar

comparativamente o desempenho de tintas para decoração digital de revestimentos

cerâmicos. O trabalho busca ainda identificar nas características técnicas das tintas

as razões para as diferenças de desempenhos observados entre essas.

.

MATERIAIS E MÉTODOS

Foram estudadas tintas de cor azul e bege de 3 fornecedores diferentes. As

tintas foram aplicadas em forma de gotas sobre a superfície de placas de 5cm x 5cm

de um porcelanato técnico esmaltado. Para cada tinta, foram produzidas 3 amostras

com umidades superficiais distintas (peça seca, 80g/m² e 160g/m²) para simular a

situação industrial em que as peças são decoradas logo após sua esmaltação,

podendo estar úmidas. Foram aplicadas 5 gotas de tinta em cada placa, com uma

micropipeta de volume fixo de 30 μL, com ponteira da abertura de raio 0,1297mm,

fixada a uma altura de 13 mm da superfície das peças. As amostras foram

queimadas por 55 minutos na temperatura de patamar de 1200°C.

Para a análise do desempenho das tintas foram avaliados parâmetros que

podem ser medidos a partir dessas amostras e que fornecem indícios da qualidade

cromática das imagens impressas, da resolução dessas imagens e do rendimento

das tintas. Esses parâmetros selecionados foram as coordenadas cromáticas L* a* e

b* do espaço CIELab e o índice de extensão.


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As coordenadas L*, a* e b* dos pontos formados nas amostras foram medidas

com um espectrofotômetro. No espaço CIELab, a coordenada L* mede a

luminosidade da cor, variando de 0 (preto) a 100 (branco) e a* e b* valem zero para

a cor cinza, e quanto mais se afastam de zero, maior a saturação da cor medida. A

coordenada a* tem valores positivos para a cor vermelha e negativos para a cor

verde. A coordenada b* tem valores positivos para a cor amarela e negativos para a

cor azul. As coordenadas a* e b* indicam, então, a intensidade da cor de uma tinta,

sendo, portanto, um parâmetro indicativo da gama colorimétrica fornecida pela tinta

e consequentemente da qualidade colorimétrica da imagem.

O índice de extensão (IE) é uma medida da extensão de uma gota de tinta de

diâmetro inicial conhecido, calculado pela razão entre o diâmetro do ponto formado

na peça e o diâmetro inicial da gota que originou tal ponto, conforme mostra a

Equação (A)(8).

(A)

Sendo o índice de extensão, um indicador do tamanho do ponto formado a

partir de uma gota, o mesmo pode ser então, um indicador da definição do desenho

impresso e do rendimento da tinta. Tintas que apresentam índice de extensão menor

são capazes de produzir pontos menores na impressão, permitindo a reprodução de

imagens com maior resolução. Por outro lado, com um mesmo número de gotas

geradas, as tintas que se estendem mais (IE maiores) recobrem maior área da

superfície com um dado volume de tinta, o que contribui com seu rendimento.

O tamanho da gota inicial é fixo (considerado o diâmetro de abertura da

micropipeta) e o diâmetro dos pontos consolidados nas amostras foi determinado a

partir da fotografia das amostras com auxilio de um software de análise de imagens.

As tintas foram caracterizadas com o objetivo de se identificarem as razões

para as possíveis diferenças de cor ou de extensão detectadas. A viscosidade

aparente das tintas foi medida a 30rpm com um viscosímetro Brookfield.

As tintas foram calcinadas a 350°C por 1h, com taxa de aquecimento de

2°C/minuto para remoção do veículo e aditivos do sistema. O pó resultante foi

submetido à uma análise química por espectroscopia de energia dispersiva (EDS) e

à análise das fases cristalinas através da difração de raios X.


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RESULTADOS

Análise colorimétrica e comportamento de extensão das tintas

A Tabela 1 apresenta as coordenadas l*, a* e b* medidas para as tintas nas

três umidades superficiais avaliadas. Uma graduação de cor foi aplicada às células

da tabela para simular a cor indicada pelas coordenadas no espaço CIELab.

Umidade superficial

AZUL 1

AZUL 2

AZUL 3

L* a* b*

L* a* b*

L* a* b*

Superfície seca 31,3 8,4 -14,3

44,2 -9,9 -31,4

40,8 -5,9 -27,2

80 g/m² 33,8 10,5 -12,8

43,6 -10,8 -30,4

37,9 -4,0 -14,1

160 g/m² 31,8 11,5 -13,8

44,2 -10,0 -31,2

36,9 -5,6 -16,0

Umidade superficial

BEGE 1

BEGE 2

BEGE 3

L* a* b*

L* a* b*

L* a* b*

Superfície seca 43,4 9,7 10,0

41,1 10,2 11,8

48,2 18,1 21,5

80 g/m² 40,8 10,2 9,9

42,1 10,1 10,8

51,8 19,6 25,7

160 g/m² 46,5 9,8 11,4

40,0 11,5 11,8

54,5 20,6 29,1

Tabela 1. Análise colorimétrica das tintas azuis e beges dos fornecedores 1, 2 e 3.

As diferenças colorimétricas entre as tintas de cor azul de cada um dos três

fornecedores são bastante significativas. A tinta do fornecedor 2 se destaca com

valores de b* de maior módulo, mais distantes do zero, fornecendo tonalidades azuis

mais saturadas. Além disso, as tintas variam muito em termos de tonalidade. A

coordenada a* é positiva para a tinta azul 1, que fornece, portanto, uma coloração

azul “manchada” com o vermelho, tendendo para o roxo. Por outro lado, as tintas

azuis 2 e 3, com valores de a* negativos, possuem tonalidade azul mais esverdeada.

As tintas de cor bege não apresentam tonalidades tão distintas, mas entre

elas há uma grande diferença na intensidade de cor. A tinta bege 3 apresenta

valores de a* e b* bem mais altos do as tintas beges 1 e 2. Isso indica que essa tinta

tem cor mais saturada, fornecendo tons beges mais vivos com uma gama cromática

mais ampla na impressão, contribuindo para a qualidade cromática das imagens.

Nota-se que as coordenadas cromáticas variam ligeiramente com a umidade

da superfície das amostras, mas não foi observado um padrão nessa variação.


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A Figura 1. Índices de extensão das tintas azuis e beges dos fornecedores 1,

2 e 3Figura 1 apresenta o índice de extensão das tintas de cor azul e bege nas três

condições de umidade superficial estudadas.

Figura 1. Índices de extensão das tintas azuis e beges dos fornecedores 1, 2 e 3

Observam-se diferenças de extensão expressivas entre tintas de fornecedores

distintos. Para as duas cores de tintas, a tinta do fornecedor 3 apresenta índice de

extensão mais alto, o que pode contribuir para seu maior rendimento no processo.

Com um número fixo de gotas impressas, maior área do substrato é recoberta com

essa tinta, em comparação com tintas de índices de extensão menores.

Por outro lado, as tintas do fornecedor 1 apresentam índices de extensão mais

baixos. Considerando a ejeção de gotas das tintas dos fornecedores 1, 2 e 3 através

de um bocal de tamanho fixo, os pontos produzidos com as tintas azul 1 e bege 1

são menores que os outros e a resolução das imagens impressas pode ser melhor.

O produtor de revestimento deve definir sua prioridade na seleção das tintas,

pois, enquanto índices de extensão mais baixos favorecem a definição da imagem,

índices mais altos favorecem o rendimento da tinta.

Nota-se ainda que, para cada tinta, o índice de extensão aumenta com a

umidade superficial da peça. A presença de água nos poros do substrato retarda a

sucção capilar da tinta e sua secagem e dessa forma, a mesma tem mais tempo

para se espalhar sobre o substrato, resultando em pontos de maiores diâmetros.

As diferenças colorimétricas e de extensão observadas entre as tintas não são

diferenças pequenas, mas sim, discrepâncias grandes que não podem ser


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desprezadas pela indústria. Isso reafirma a necessidade de se desenvolver uma

metodologia para avaliação dessas tintas e realça a importância desse trabalho.

Explicações para as diferenças colorimétricas e de extensão

As tintas azuis que apresentam diferenças de cor mais expressivas entre si são

as tintas 1 e 2. Dentre as tintas beges, as tintas mais diferentes entre si são as tintas

1 e 3. Essas quatro tintas foram selecionadas para serem caracterizadas a fim de

que se determinem as razões para as diferenças de comportamento observadas.

A tabela 2 apresenta a composição química dos pigmentos sólidos obtidos da

calcinação dessas tintas e a Figura 2 apresenta a difração de raios X desses

pigmentos, com as fases cristalinas detectadas em cada um.

Tabela 2. Composição química dos pigmentos azul 1, azul 2, bege 1 e bege 3.

Pigmentos: Al Si Co Zn Cr Zr Fe Cu Outros

AZUL 1 3,1 24,9 69,9 - - 0,1 - 1,2 0,8

AZUL 2 31,8 1,0 28,8 8,9 22,8 5,0 0,1 0,8 0,8

BEGE 1 19,3 0,4 0,1 50,1 13,4 0,9 15,7 - 0,1

BEGE 3 8,8 12,5 - 44,7 7,8 17,3 8,7 - 0,2


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Figura 2. Difratograma de Raios-X para os pigmentos A1, A2, B1, e B3.

Pela análise conjunta da composição química e de fases dos sólidos obtidos da

calcinação das tintas, foi possível determinar as fases pigmentantes em cada uma

delas. A tinta azul 1 é composta pela olivina ou silicato de cobalto, CoSiO4, um

pigmento azul bastante comum. Detectou-se ainda uma pequena porcentagem de

aluminato de cobalto, CoAl2O4, pigmento azul de estrutura do tipo espinélio.

Na composição da tinta azul 2 foi identificado um pigmento espinélio do tipo

(Co,Zn)(Cr,Al,Co)2O4 de cor verde-azul. Isso explica porque enquanto a tinta azul 1

apresenta coloração azul arroxeada (coordenadas a* positivas na Tabela 1), a tinta

azul 2 fornece uma tonalidade azul mais esverdeada (coordenadas a* negativas).

As diferenças de cor entre as tintas de cor bege de fornecedores diferentes

também são justificadas pelas diferenças de composição entre elas. Nas duas tintas

de cor bege foi identificado o pigmento espinélio bege, Zn(Fe,Al,Cr)2O3, solução

sólida bastante rica em zinco. Apesar disso, na tinta bege 3 foi encontrado ainda um

pigmento zircão, (Zr(SiO4)) e a fase willemita (silicato de zinco, Zn2SiO4.), que atua

no sistema, não como um pigmento, mas como um “buffer”, aditivo que evita

reações pigmento-esmalte.

A willemita satura o meio em zinco e evita que o espinélio bege (rico em zinco)

reaja com o esmalte em altas temperaturas e sofra perda de saturação de cor.

Dessa forma, essa tinta bege 3, que é composta por uma mistura de pigmentos e

ainda um aditivo que preserva a intensidade de cor do pigmento espinélio após a

queima, apresenta maior intensidade de cor do que a tinta bege 1.

Ainda resta conhecer o motivo pelo qual as tintas de fornecedores distintos

diferem em relação ao seu comportamento de extensão na peça cerâmica.

A Figura 3 apresenta as medidas de viscosidade aparente das tintas avaliadas

confrontadas com seus índices de extensão já apresentados previamente.


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Figura 3. Viscosidade aparente e índices de extensão para as tintas

É possível observar que existem diferenças de viscosidade entre as tintas de

fornecedores distintos e que, quanto maior essa viscosidade, maior a extensão da

gota. Isso pode ser explicado se considerarmos que a viscosidade das tintas pode

afetar sua extensão de duas maneiras:

1. No espalhamento da tinta, ou na sua extensão propriamente dita, visto que

tintas menos viscosas tendem a fluir mais facilmente, se espalhando mais

sobre o substrato cerâmico e formando pontos maiores.

2. Na penetração da tinta nos poros do substrato, e consequentemente, na sua

secagem. Nesse caso, tintas menos viscosas tendem a penetrar mais

facilmente na superfície da peça cerâmica, secando mais rapidamente.

Considerando que essas duas etapas da consolidação da gota na superfície

cerâmica ocorrem ao mesmo tempo, e que são, portanto, concorrentes, é importante

observar que, se uma gota de tinta projetada seca muito rapidamente, a sua

extensão no substrato pode ficar limitada. Os resultados aqui apresentados apontam

justamente nessa direção.

As tintas de menor viscosidade, por apresentarem menor resistência ao fluxo,

teriam se espalhado mais pela peça do que as tintas mais viscosas. No entanto,

essas tintas menos viscosas foram absorvidas mais rapidamente pelos poros do

substrato, e sua secagem rápida limitou o espalhamento da gota, levando a

formação de pontos menores na peça.

Por outro lado, as tintas mais viscosas, que foram sugadas mais lentamente

pelos poros da peça, permaneceram por mais tempo sobre a superfície dessa peça,

o que permitiu maior extensão das gotas, com a formação de pontos maiores.

CONCLUSÕES

O trabalho propôs um método de avaliação comparativa de tintas para

decoração digital de revestimentos baseado na análise de parâmetros indicativos do

desempenho dessas tintas medidos em amostras produzidas com uma micropipeta.

As medidas das coordenadas colorimétricas dos pontos produzidos nas

amostras predizem a qualidade cromática das imagens que pode ser alcançada com

a tinta. Quanto mais a* e b* se distanciam do zero, mais intensa é a cor da tinta e


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assim, maior a gama de cores fornecidas na impressão, o que promove a melhoria

da qualidade cromática das imagens impressas.

O índice de extensão também foi adotado como parâmetro indicativo do

desempenho das tintas. Tintas com índices de extensão menores podem favorecer a

impressão de imagens com alta resolução, visto que o tamanho dos pontos

produzidos é menor. Já tintas com maiores índices de extensão podem apresentar

maior rendimento no processo, visto que, com um determinado volume de tinta, as

gotas de tintas que se espalham mais recobrem maior área do substrato cerâmico.

A metodologia foi aplicada na avaliação de tintas de três fornecedores distintos

e foram detectadas entre elas diferenças bastante expressivas em termos de

comportamento colorimétrico e de extensão, o que demonstra a relevância da

metodologia proposta nesse trabalho.

As diferenças de desempenho entre tintas diferentes não devem ser

negligenciadas, mas sim, quantificadas através do procedimento proposto. Com as

informações obtidas, o produtor de revestimentos pode ter um embasamento técnico

para a seleção mais adequada das tintas na indústria, melhorando a qualidade das

imagens impressas ou reduzindo custos de produção.

Na seleção das tintas, o fabricante de revestimento conheça seus objetivos e

determine se sua prioridade é a qualidade da imagem ou o custo de produção. Nem

sempre uma tinta será a mais vantajosa em termos de rendimento, qualidade

cromática e resolução da imagem ao mesmo tempo.

Além disso, geralmente não é possível escolher cada cor de tinta de um

fornecedor diferente. Compram-se as tintas das quatro cores do conjunto de

impressão de um só fornecedor. É importante, então, avaliar o desempenho de cada

tinta de cada cor individualmente, mas considerar os prós e os contras oferecidos

pelos conjuntos de tintas de cada fornecedor como um todo.

Esse trabalho ainda identificou as razões pelas quais tintas diferentes

apresentam diferenças de comportamento. Tanto para as tintas azuis quanto para as

beges, constatou-se que tintas de fornecedores distintos são compostas por

pigmentos distintos, o explica as discrepâncias de coloração entre as mesmas.

A principal razão encontrada para os diferentes comportamentos de extensão

entre tintas de fornecedores distintos foi a diferença de viscosidade entre elas.

Tintas mais viscosas formam pontos maiores no substrato, graças ao maior tempo


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disponível para seu espalhamento sobre a superfície da peça devido a sua maior

dificuldade de penetração nos poros da mesma.

AGRADECIMENTOS

Ao CNPq, pela concessão de bolsa de mestrado à primeira autora e de

doutorado à segunda autora.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1 ANFACER- website acessado em novembro de 2015, disponível em

http://www.anfacer.org.br/#!mundial/c150q.

2 KNIGHT, E.; LYNN, C. Industrial inkjet for dummies: xaar special edition. Hoboken:

Wiley, 2010.

3 MARTIN, G. D.; HOATH, S. D.; HUTCHINGS I. M. Inkjet printing: the physics of

manipulating liquid jets and drops. Journal of Physics, Conference Series, v. 105, n.

1, 2008.

4 SANZ, V., Tecnología de Impresión por Chorro de Tinta para la Decoración de

Baldosas Cerámicas. Instituto de Tecnología Cerámica, Qualicer, 2014

5 HUTCHINGS, I. M. Ink-jet printing in micro-manufacturing: opportunities and

limitations. In: INTERNATIONAL CONFERENCES ON MULTI-MATERIAL MICRO

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6 DONDI, M., BLOSI, M., GARDINI, D., ZANELLI, C., ZANNINI, P., - Tecnología De

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ISTEC, Faenza y Universidad de Módena y Reggio Emilia, Italia, Qualicer 2014.

7 ZANELLI C., GÜNGÖR G.L., KARA A., BLOSI M., DONDI M., GARDINI D., A

travel into ceramic pigments micronizing. Actas del XIV Congreso Mundial de la

Calidad del Azulejo y del Pavimento Cerámico, QUALICER 2014, Castellón

(España).

8 SANZ, V. BAUTISTA, Y., BELDA, A., COLL, N., PATO, B, GONZALEZ, J. -

Influencia De Las Condiciones De Impresión Sobre La Calidad De La Imagen,

Instituto de Tecnología Cerámica (ITC). Asociación de Investigación de las Industrias

Cerámicas (AICE)., Universitat Jaume I. Castellón. España y Coloronda S.L., Onda,

España, Qualicer, 2014.


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ABSTRACT

Brazil is the second largest consumer and producer of ceramic tiles. The technology

of tile decoration by inkjet digital printing, due to its many advantages, has already

been adopted in the national's industry and spreads more and more. Because of the

peculiarities of this technique, there is still no methodology for evaluating the

performance of inks for digital printers, which would give technical basis to tile

producers for the selection of these inks. For this reason, between inks acquired from

different suppliers, differences are observed in the definition of the image, in the color

palette obtained and in the yield of paint. This work proposes a methodology for

comparative evaluation of the performance of industrial inks for digital decoration,

based on the analysis of the colorimetric behavior and the extent of the ink on the

ceramic substrate. The work also identifies the characteristics of inks responsible for

the behavioral differences observed between them.

Key words: digital printing, inkjet digital printing, ceramic tiles


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metodologia para avaliaÇÃo do desempenho de tintas para...

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