Desarrollo de tintas: ¿Por qué el tamaño de la gota es importante?
El conocimiento de la química de superficies constituye una parte integral para el desarrollo de tintas que sean compatibles con el material deseado. En una etapa temprana del desarrollo, el ángulo de contacto que forma la tinta cuando se dosifica sobre el sustrato puede utilizarse como cuantificación de las interacciones entre la tinta y el sustrato para evaluar la idoneidad de una formulación de tinta (Figura 1a). Por un lado, los ángulos de contacto muy pequeños significan que la gota se diseminará sobre la superficie, lo que podría conducir a una imagen de impresión poco clara (Figura 1b), mientras que, por otro lado, los ángulos de contacto demasiado grandes llevarán a un desperdicio de tinta. Al ajustar la composición química de la formulación de tinta para un sustrato determinado, es posible ajustar el ángulo de contacto de las gotas y alcanzar un equilibrio entre la claridad de la imagen y la cantidad mínima de tinta que se necesita (Figura 1c). Esto ha demostrado que los ángulos de contacto sobre superficies estructuradas, tales como papel, dependen fuertemente del tamaño de la gota, lo que conduce a utilizar tamaños de gota comparables con el proceso de impresión final desde la etapa temprana del desarrollo.
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Figura 1: a) Diagrama esquemático que ilustra la naturaleza de mojabilidad a distintos valores del ángulo de contacto (mojabilidad total (diseminada); mojabilidad aceptable; mojabilidad; mojabilidad no aceptable; mojabilidad nula). b) Imágenes de un proceso de impresión emulado para tinta no optimizada. c) Imágenes de un proceso de impresión emulado para tinta optimizada.
Por lo general, el tamaño de una gota de líquido no afecta el ángulo de contacto si la superficie es lisa y no absorbente, como la superficie de una oblea de silicio o una placa metálica. En estos casos, no importa si una gota en el rango de picolitros o microlitros se coloca sobre la superficie, se formará el mismo ángulo de contacto. Sin embargo, si observamos materiales porosos como el papel, con una superficie microestructurada que puede absorber líquidos y depositar gotas de distintos volúmenes de la misma tinta, el ángulo de contacto mostrará una gran variación de casi 40° cuando las gotas pasen de picolitros a microlitros. (Figura 2).
Figura 2: Gráfico de sombras de gotas dispensadas en pl. de tinta a base de agua sobre un sustrato de papel absorbente para 3 volúmenes diferentes: 500 pl, 10 nl y 0,2 µl.
Este fenómeno lo provoca la dependencia de la absorción y el comportamiento de evaporación que presenta la relación entre área mojada/superficie de la gota y volumen de la gota. Mientras el volumen de la gota aumenta por un factor de 8 cuando el diámetro se duplica, el área mojada y la superficie de la gota solo aumentan por un factor de 4, lo que conduce a duplicar la relación volumen-superficie y, por consiguiente, influye en todos los procesos de absorción y evaporación. A fin de evitar interpretaciones erróneas de estudios de mojabilidad, las gotas deben tener un volumen comparable al de las gotas del proceso de impresión final.
Comentarios de DataPhysics Instruments:
En los procesos de impresión sobre materiales absorbentes, el ángulo de contacto de las gotas de tinta depende considerablemente de su tamaño. Dado que los procesos comunes de chorro de tinta operan con volúmenes de gotas en el rango de picolitros(pl), se deben realizar estudios de mojabilidad en regímenes de volúmenes similares desde la etapa temprana del desarrollo a fin de elaborar predicciones confiables acerca del comportamiento de mojabilidad de la tinta y el sustrato. Una herramienta ideal para la elaboración de estos estudios es el equipo Serie OCA, que se combina con un sistema de dosificación en picolitros (PDDS), capaz de dosificar gotas en un volumen de hasta 30 pl.
Si desea más información sobre esta investigación, consulte el artículo original:
‘On the droplet size and application of wettability analysis for the development of ink and printing substrates’
- Grüßer, D. G. Waugh, J. Lawrence, N. Langer, y D. Scholz
Langmuir 2019
https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.9b01674
Póngase en contacto con CAS Instrumental SRL para más información sobre el sistema de análisis de contorno y medición óptica del ángulo de contacto, Serie OCA, para el estudio de gotas en el rango de picolitros asociado a sus proyectos de desarrollo de tintas.
