En la aplicación práctica de las tintas blancas de pigmento DTF, la afirmación de «sin sedimentación» se considera una proposición falsa. La razón fundamental radica en las contradicciones irreconciliables entre las propiedades físicas del dióxido de titanio, los requisitos funcionales de la tinta y las leyes de la ciencia de los materiales: la sedimentación es una tendencia termodinámicamente espontánea, y las tecnologías existentes solo pueden retrasarla, no eliminarla por completo. Esto se puede explicar en los siguientes cuatro aspectos
1. Las propiedades físicas del dióxido de titanio determinan que «la sedimentación es una tendencia espontánea»
El dióxido de titanio (especialmente el tipo rutilo) tiene una densidad de aproximadamente 4,2 g/cm³, mientras que el sistema de disolventes (agua, alcoholes, etc.) de las tintas blancas para transferencia térmica tiene una densidad de solo 1-1,2 g/cm³, con una diferencia de densidad de más de 3 veces entre ambos. Según la ley de sedimentación de Stokes:
La velocidad de sedimentación de las partículas es proporcional a la diferencia de densidad entre las partículas y el disolvente, e inversamente proporcional a la viscosidad del disolvente.
Esto significa que las partículas de dióxido de titanio en la tinta inevitablemente tendrán una tendencia a sedimentarse debido a la gravedad. Mientras exista una diferencia de densidad, es imposible compensar completamente esta tendencia termodinámica espontánea de sedimentación mediante materiales. Incluso si las partículas se dispersan a escala nanométrica (por ejemplo, por debajo de 100 nm) con dispersantes para mejorar la estabilidad a corto plazo, el reposo prolongado (más de un mes) aún provocará un hundimiento gradual de las partículas debido al «debilitamiento del movimiento browniano y la lenta aglomeración», lo que resulta en una sedimentación irreversible. Es solo cuestión de tiempo.
2. Existe una contradicción natural entre los requisitos de «fluidez» y «anti-sedimentación» de la tinta
Las tintas blancas para transferencia térmica deben cumplir con el requisito de fluidez de impresión: el diámetro de la boquilla suele ser de 20 a 50 μm, por lo que la viscosidad de la tinta no debe ser demasiado alta (generalmente 10-30 mPa·s para sistemas acuosos y 5-15 mPa·s para sistemas oleosos); de lo contrario, obstruirá la boquilla o provocará una eyección de tinta desigual.
Sin embargo, la «anti-sedimentación» requiere alta viscosidad o un fuerte soporte estructural (como sistemas tixotrópicos), y la alta viscosidad entra directamente en conflicto con la fluidez de impresión:
- Si se aumenta significativamente la viscosidad para prevenir la sedimentación (por ejemplo, superando los 50 mPa·s), la tinta no puede ser expulsada suavemente por la boquilla, perdiendo su función de impresión;
- Si solo se confía en la carga o la repulsión estérica de los dispersantes, aunque se pueda mantener una baja viscosidad, las partículas aún se asentarán lentamente debido a la diferencia de densidad, especialmente cuando están en reposo, ya que falta la fuerza de cizallamiento para romper la aglomeración.
Esta «contradicción en los requisitos funcionales» determina que la tinta debe llegar a un compromiso entre la «imprimabilidad» y la «anti-sedimentación». Es imposible perseguir una ausencia absoluta de sedimentación a expensas del rendimiento de impresión, por lo que solo se puede retrasar la sedimentación en lugar de eliminarla.
3. El papel de los aditivos es «retrasar» y no «eliminar», con limitaciones inherentes
La función principal de los materiales anti-sedimentación existentes (dispersantes, agentes suspensores, etc.) es prolongar el ciclo de sedimentación, pero no pueden superar las leyes físicas:
1. Estabilidad de adsorción limitada de los dispersantes: Los dispersantes se adsorben en la superficie del dióxido de titanio mediante adsorción física (rara vez química). Si el sistema de tinta cambia (como fluctuaciones de pH, aumento de temperatura o evaporación del disolvente), los dispersantes pueden desorberse. Por ejemplo:
- En entornos de baja temperatura, las cadenas moleculares de los dispersantes se enrollan, debilitando la repulsión estérica y haciendo que las partículas sean propensas a aglomerarse;
- Después de un almacenamiento prolongado, algunos dispersantes pueden ser «adsorbidos competitivamente» por impurezas en la superficie del dióxido de titanio (como iones de hierro, calcio y magnesio), perdiendo su efecto dispersante.
2. El soporte estructural de los agentes suspensores decae con el tiempo: Las redes tixotrópicas formadas por goma xantana, sílice pirogénica, etc., tendrán enlaces de hidrógeno o fuerzas interparticulares gradualmente relajados después de un reposo prolongado o repetidas congelaciones y descongelaciones, reduciendo la resistencia de la estructura de la red. Como resultado, la «fuerza de unión» sobre el dióxido de titanio se debilita, lo que finalmente conduce a la sedimentación.
3. El alto contenido de dióxido de titanio amplifica la inestabilidad: Para garantizar el poder cubriente, las tintas blancas para transferencia térmica suelen contener entre un 20% y un 40% de dióxido de titanio, mucho más que en las tintas ordinarias (5%-15%). En sistemas de partículas de alta concentración, la distancia entre partículas es menor, la probabilidad de colisión es mayor y el riesgo de aglomeración aumenta exponencialmente con el tiempo. Incluso si la dispersión inicial es perfecta, la aglomeración y sedimentación local son inevitables después de varios meses.
4. La complejidad de los escenarios de aplicación práctica acelera la inevitabilidad de la sedimentación
Existen muchas variables en los entornos de almacenamiento, transporte y uso de las tintas blancas para transferencia térmica, que amplifican aún más la inevitabilidad de la sedimentación:
Fluctuaciones de temperatura: Las altas temperaturas en verano (por encima de 30°C) aceleran la evaporación del disolvente y el envejecimiento del dispersante; las bajas temperaturas en invierno (por debajo de 0°C) pueden hacer que los agentes suspensores se congelen y se desestabilicen, destruyendo la estabilidad del sistema;
Vibraciones mecánicas: Los golpes durante el transporte pueden hacer que las partículas de dióxido de titanio se aglomeren bajo fuerza de cizallamiento, haciéndolas más propensas a asentarse después del reposo;
Uso abierto: Durante la impresión, la tinta está expuesta al aire, y la evaporación del disolvente aumenta la concentración de dióxido de titanio, elevando el riesgo de aglomeración.
Estos factores incontrolables en escenarios prácticos hacen que la «ausencia absoluta de sedimentación» sea completamente inalcanzable en aplicaciones industriales. Incluso si no hay sedimentación a corto plazo en condiciones de laboratorio, la sedimentación ocurrirá inevitablemente en la circulación real.
Conclusión: «Sin sedimentación» viola las leyes de la ciencia de los materiales y es un malentendido idealizado
La «ausencia de sedimentación» de las tintas blancas para transferencia térmica es esencialmente un objetivo idealizado que viola las leyes de la termodinámica y la mecánica de fluidos. La diferencia de densidad entre el dióxido de titanio y los disolventes, los requisitos de fluidez de impresión de la tinta y las limitaciones de los aditivos determinan conjuntamente que la sedimentación sea una «tendencia inevitable». Las tecnologías existentes solo pueden extender el ciclo de sedimentación para satisfacer las necesidades prácticas (como sin sedimentación evidente dentro de 1 a 3 meses, que puede restaurarse agitando antes de su uso).
Por lo tanto, las tintas blancas para transferencia térmica que afirman estar «sin sedimentación» o bien ignoran el escenario real de almacenamiento a largo plazo o bien sacrifican el rendimiento de impresión (como una viscosidad ultra alta que las hace inutilizables), y los problemas inevitablemente surgirán en las aplicaciones.