Исследование ингибиторов пены в чернилах для печати

Составы водных печатных красок и чернил обычно включают поверхностно-активные вещества в качестве смачивающих и диспергирующих агентов. Нежелательным побочным эффектом добавления поверхностно-активных веществ является склонность к пенообразованию. Вспенивающиеся краски и чернила вызывают множество проблем с качеством: они затрудняют обработку и контроль качества, вызывают дефекты печатного изображения и снижают адгезию к носителю. Вот почему печатные краски и чернила на водяной основе добавляют пеногасители для минимизации образования пены. При анализе пены типографских красок и чернил внимание уделяется как количеству образовавшейся пены, так и ее стабильности. С помощью анализатора динамического пенообразования - DFA100 от KRUSS можно определить вспениваемость и стабильность пены в ходе одного измерения. В рамках этого отчета по заявке сравнивается действие двух антивспенивателей на основе силикона в чернилах для печати при одинаковой концентрации активного вещества. Эффекты одного из этих пеногасителей также были исследованы при концентрации, сниженной на 25 %.

Производитель красок хотел использовать DFA100 для тестирования нового состава противовспенивающего агента в качестве компонента чернил для печати и сравнения его с ранее использованным. Всегда изучали одни и те же чернила для печати, добавляя к ним пеногаситель с ранее использованным составом (образец A) и новый состав B. Для Образца B1 использовали концентрацию активного агента, сравнимую с Образцом A. Образец B2 содержал пеногаситель в концентрации, сниженной на 25%, чтобы уменьшить добавление дорогостоящего агента. Для всех образцов было проведено повторное измерение с новой партией.

50 мл конкретного образца помещали в сосуд для образцов DFA100 (рисунок 1а). Воздух пропускали через образец сквозь пористое основание (G2; размер пор 40–100 мкм) сосуда с образцом при постоянном объемном расходе (Q = 0,7 л / мин) в течение 12 с (рисунок 1b). Измерения сравнивали в этих условиях образования пены.

В качестве альтернативы, с помощью DFA100 пену можно получить с помощью мешалки. Этот метод не использовался, поскольку различия в свойствах распада обычно четко видны при использовании метода воздушного потока. Во время образования пены и последующего разложения пены общая высота h (состоящая из столбов пены и жидкости) отслеживалась на месте путем измерения светопропускания как функции времени (рисунок 2).

В DFA100 измерение высоты осуществляется с помощью светодиодной панели и фотодетектора, между которыми расположена колонна. Границы фаз пена/газ и (для прозрачных жидкостей) пена/жидкость обнаруживаются по разнице в интенсивности (рисунок 2).

Во время образования пены общая высота h непрерывно увеличивается. В конце периода образования пены (t = t_end) h имеет максимальное значение h_max. По истечении времени (t> t_end) столб пены разрушается.

Поскольку образцы были непроницаемыми для света и переход между жидкой фазой и пеной не мог быть обнаружен, поведение пены было изучено по общей высоте h (рисунок 2).

На следующем рисунке (рисунок 4) показаны кривые общей высоты в зависимости от времени для шести тестов на вспенивание (образцы A, B1 и B2, каждый с повторным измерением). Благодаря хорошей воспроизводимости (Δ_max = 1,2 мм; таблица 2 и рисунок 4) дальнейшие измерения не проводились.

Кривые увеличиваются до тех пор, пока поток воздуха не будет отключен. Время выключения показано вертикальной линией t_end. После этой линии начинается распад пены. Горизонтальная линия описывает начальную высоту h_ini, т.е. высоту поверхности жидкости до образования пены. Между образцами A и B можно определить четкое различие в пенообразовании (таблица 2) при сопоставимой концентрации пеногасителя (образец B1). Начиная с начальной высоты h_ini 40 мм, общая высота для образца B1 увеличилась до 57 мм, для образца A высота составляла 90 мм; это соответствует 3-кратному количеству произведенной пены. Даже при более низкой концентрации противовспенивающий агент B (образец B2) показал увеличение общей высоты только примерно до 72 мм.

Состав B является более эффективным в отношении образования пены и более эффективным в отношении разложения образовавшейся пены. Даже при снижении концентрации активного агента на 25% B2 явно более выгоден, чем A, но, как и ожидалось, хуже, чем более высокая начальная концентрация активного агента B1. Противовспенивающие агенты обычно действуют не только как ингибиторы пенообразования; они также дестабилизируют образовавшуюся пену. Этот эффект можно оценить, используя кривую распада и рассчитанные параметры, такие как, например, период полураспада. Последний описывает время, в течение которого высота пены (относящаяся к начальной высоте h_ini) уменьшается до половины от своего максимального значения.

Это также демонстрирует преимущества нового состава B: в то время как высота пены (измеренная от начальной высоты до образования пены) для образца A уменьшилась вдвое после среднего значения 9,5 с (значение периода полураспада), для образца B1 требовалось только 1,2 c в сопоставимой концентрации (Табл. 2). Изменение концентрации для состава B (образец B2) также повлияло на стабильность пены: уменьшение количества на 25% увеличивало значение периода полураспада в 3 раза (таблица 2). Выгодно ли использование состава с пониженной концентрацией для B зависит от того, является ли решающим максимальная высота или количество пены, остающееся через определенное время. Для образцов B1 и B2 оставшееся количество пены вернулось к тому же значению около начальной высоты примерно через 22 с (рис.4). Если эта скорость распада достаточно высока для применения, снижение концентрации может быть выгодным по причинам стоимости.

Эксперименты по образованию и разложению пены на образцах чернилах для печати, к которым были добавлены два различных противовспенивающих агента A и B, были проведены с использованием DFA100 за один цикл. Используя общую высоту в конце процесса образования пены, можно было четко продемонстрировать различия в эффективности двух составов. Использование превосходного состава B, даже при концентрации, сниженной на 25% по сравнению с A, привело к явно более низкому уровню пенообразования образца. В образцах уменьшение пенообразования было связано с более быстрым распадом пены и, следовательно, снижением стабильности пены. Об этом могут свидетельствовать значения периода полураспада. Рекомендуемая концентрация для состава B зависит от того, является ли максимальная высота пены или высота после определенного времени распада значительной для конкретного применения. Повторные измерения для каждого образца показывают очень хорошую воспроизводимость кривых образования и разложения пены, так что различия между образцами могут быть четко прослежены в различных составах и концентрациях пеногасителя.