Поверхностное натяжение чернил

Поверхностное натяжение – это термодинамическая способность струйных чернил уменьшать свою энергию на границе раздела с воздушной средой. Данная способность относится к важнейшим термодинамическим характеристикам чернил. Она определяет силу сцепления меж молекулами красящей жидкости и линию границы с воздушной фракцией. От данного свойства струйных красителей зависят также стабильность их распыления, размер красящих точек на носителе, текучесть внутри картриджа и печатающей головки, качество кавитации, скорость проникновения в структуру носителя, время высыхания, чёткость изображения, прорисовка мелких деталей, цветовая гамма отпечатков, вероятность образования пробок в соплах печатающих головок и др.

Какова же природа поверхностного натяжения чернил? Чтобы ответить на данный вопрос, следует внимательно рассмотреть следующий рисунок.

Сцепление молекул в чернильной фракции

На рисунке видно, что молекулы, расположенные в толще красящего вещества, взаимно притянуты друг к другу. Силы притяжения действуют на них равномерно со всех сторон, поэтому молекулы находятся в сбалансированном состоянии. Благодаря взаимному притяжению жидкость для печати не улетучивается моментально, как это происходит с эфиром или спиртом, а надолго сохраняет свою структуру.

Теперь рассмотрим молекулы, расположенные в верхнем слое чернильной фракции. Они окружены «соседями» не со всех сторон, поэтому направляют свою результирующую энергию в толщу чернил, образуя на её поверхности прозрачную упругую стягивающую плёнку. От поверхностного натяжения жидких красителей зависит характер их растекания по бумаге. Чем больше разница между поверхностными энергиями струйных красок и бумаги, тем быстрее они проникнут вглубь  целлюлозных волокон.

Соотношение между поверхностным натяжением чернил и носителя

При увеличении поверхностного натяжения носителя красящая жидкость быстрее растекается по его верхнему слою и достигает уравновешенного состояния, обеспечивая при этом высокоскоростную и качественную печать.

Характеристика поверхностного натяжения струйных чернил и его внешних проявлений

Поверхностное натяжение	Внешние проявления поверхностного натяжения
Высокое	Чернила медленно продвигаются к печатающей головке картриджа, печать получается неоднородной, краски довольно долго сохнут на носителе и размазываются
Низкое	Красящие вещества вытекают из сопел печатающей головки картриджа, изображение растекается на носителе, утрачивает яркость, картинка получается недостаточно чёткой, краски пропитывают оборотную сторону листа

Струйные чернила должны обладать поверхностным натяжением, достаточным для того чтобы они не вытекали из сопел печатающей головки, но достаточно низким, чтобы обеспечить распыление капель красителей на бумагу.

Величина поверхностного натяжения варьируется в зависимости от температуры окружающей среды.

Зависимость поверхностного натяжения струйных красителей от температуры окружающей среды

Изменение температуры	Свойства чернил
Температура воздуха увеличивается	поверхностное натяжение уменьшается; красители становятся более текучими; уменьшается размер распыляемых капель; увеличивается скорость проникновения красителей вглубь носителя; увеличивается скорость высыхания чернил; ухудшаются резкость изображения и его цветовая гамма
Температура воздуха уменьшается	поверхностное натяжение увеличивается; красители становятся более тягучими; увеличивается размер чернильных капель; снижается скорость проникновения красителей; увеличивается время высыхания чернил; красители закрепляются на носителе; увеличивается качество изображения, его резкость и цветовая гамма

Производители струйных чернил уделяют огромное значение тестированию их поверхностного натяжения. Начиная с нижней границы и увеличивая данный показатель, производители добиваются, чтобы жидкие красители не пропитывали носитель, а закреплялись в его верхнем слое. Это позволит получить более яркие и насыщенные изображения.

Тестирование производится на различной по плотности бумаге и плёнках. Характер носителей зависит от функциональных характеристик принтера. Соответственно, струйные чернила для текстильной печати тестируются на текстильных изделиях, чернила для офисной печати – на офисной бумаге и т.д. Чтобы обеспечить оптимальное поверхностное натяжение чернил, в их состав вводят ПАВ – поверхностно-активные вещества, химические соединения, которые способны адсорбироваться в верхнем слое красящей жидкости, снижая тем самым их поверхностное натяжение. На рисунке ниже представлен наглядный пример того, как ПАВ оптимизируют поверхностное натяжение чернильной фракции.

Молекулы чернил, расположенные в глубине красящей фракции	Молекулы чернил, расположенные в верхнем слое красящей фракции	Молекулы чернил, оптимизированные поверхностно-активными веществами

Оптимизация поверхностного натяжения струйных чернил за счёт ПАВ

Таким образом, поверхностное натяжение – это одно из важнейших свойств чернил, которое влияет на качество печати и работоспособность картриджей. Оптимизировать данное свойство струйных красителей можно при помощи поверхностно-активных веществ.