Dans l’application pratique des encres blanches pigmentaires DTF, l’affirmation “sans sédimentation” est considérée comme une fausse proposition. La raison centrale réside dans les contradictions irréconciliables entre les propriétés physiques du dioxyde de titane, les exigences fonctionnelles de l’encre et les lois de la science des matériaux – la sédimentation est une tendance thermodynamique spontanée, et les technologies existantes ne peuvent que la retarder, pas l’éliminer complètement. Cela peut être expliqué dans les quatre aspects suivants :
1. Les propriétés physiques du dioxyde de titane déterminent que “la sédimentation est une tendance spontanée”
Le dioxyde de titane (surtout le type rutile) a une densité d’environ 4,2 g/cm³, tandis que le système de solvants (eau, alcools, etc.) des encres blanches pour transfert thermique n’a qu’une densité de 1–1,2 g/cm³, avec une différence de densité de plus de 3 fois entre les deux. Selon la loi de sédimentation de Stokes :
La vitesse de sédimentation des particules est proportionnelle à la différence de densité entre les particules et le solvant, et inversement proportionnelle à la viscosité du solvant.
Cela signifie que les particules de dioxyde de titane dans l’encre auront inévitablement une tendance à la sédimentation en raison de la gravité. Tant qu’il existe une différence de densité, il est impossible de compenser complètement cette tendance de sédimentation thermodynamique spontanée par des matériaux. Même si les particules sont dispersées à l’échelle nanométrique (par exemple, en dessous de 100 nm) avec des agents dispersants pour améliorer la stabilité à court terme, le repos prolongé (plus d’un mois) entraînera toujours un affaissement progressif des particules en raison d’un “mouvement brownien affaibli et d’une agglomération lente”, entraînant une sédimentation irréversible. Ce n’est qu’une question de temps.
2. Il existe une contradiction naturelle entre les exigences de “fluidité” et “d’anti-sédimentation” de l’encre
Les encres blanches pour transfert thermique doivent répondre à l’exigence de fluidité d’impression : le diamètre de la buse est généralement de 20–50 μm, donc la viscosité de l’encre ne doit pas être trop élevée (généralement 10–30 mPa·s pour les systèmes aqueux et 5–15 mPa·s pour les systèmes huileux) ; sinon, elle obstruera la buse ou provoquera une éjection d’encre inégale.
Cependant, l'”anti-sédimentation” nécessite une viscosité élevée ou un fort support structurel (comme des systèmes thixotropes), et une viscosité élevée entre directement en conflit avec la fluidité d’impression :
Si la viscosité est considérablement augmentée pour empêcher la sédimentation (par exemple, dépassant 50 mPa·s), l’encre ne peut pas être éjectée en douceur à travers la buse, perdant sa fonction d’impression ;
Si l’on ne s’appuie que sur la charge ou la répulsion stérique des agents dispersants, bien qu’une faible viscosité puisse être maintenue, les particules se déposeront toujours lentement en raison de la différence de densité, surtout à l’arrêt, car il manque une force de cisaillement pour briser l’agglomération.
Cette “contradiction dans les exigences fonctionnelles” détermine que l’encre doit faire un compromis entre “l’imprimabilité” et “l’anti-sédimentation”. Il est impossible de rechercher une absence absolue de sédimentation au détriment des performances d’impression, donc la sédimentation ne peut être que retardée et non éliminée.
3. Le rôle des additifs est de “retarder” et non “d’éliminer”, avec des limites inhérentes
La fonction principale des matériaux anti-sédimentation existants (agents dispersants, agents de suspension, etc.) est de prolonger le cycle de sédimentation, mais ils ne peuvent pas dépasser les lois physiques :
1. Stabilité d’adsorption limitée des agents dispersants : Les agents dispersants sont adsorbés à la surface du dioxyde de titane par adsorption physique (rarement chimique). Si le système d’encre change (comme des fluctuations de pH, une augmentation de température ou une volatilisation du solvant), les agents dispersants peuvent se désorber. Par exemple :
- Dans les environnements à basse température, les chaînes moléculaires des agents dispersants s’enroulent, affaiblissant la répulsion stérique et rendant les particules sujettes à l’agglomération ;
- Après un stockage à long terme, certains agents dispersants peuvent être “adsorbés de manière compétitive” par des impuretés à la surface du dioxyde de titane (telles que les ions fer, calcium et magnésium), perdant leur effet dispersant.
2. Le support structurel des agents de suspension se dégrade avec le temps : Les réseaux thixotropes formés par la gomme xanthane, la silice pyrogénée, etc., auront des liaisons hydrogène ou des forces interparticulaires progressivement relâchées après un repos prolongé ou des cycles répétés de gel-dégel, réduisant la résistance de la structure du réseau. En conséquence, la “force de liaison” sur le dioxyde de titane s’affaiblit, conduisant finalement à la sédimentation.
3. La teneur élevée en dioxyde de titane amplifie l’instabilité : Pour assurer un pouvoir couvrant, les encres blanches pour transfert thermique contiennent généralement 20 % à 40 % de dioxyde de titane, ce qui est beaucoup plus élevé que dans les encres ordinaires (5 % à 15 %). Dans les systèmes de particules à haute concentration, la distance entre les particules est plus courte, la probabilité de collision est plus élevée et le risque d’agglomération augmente de façon exponentielle avec le temps. Même si la dispersion initiale est parfaite, l’agglomération et la sédimentation locales sont inévitables après plusieurs mois.
4. La complexité des scénarios d’application pratique accélère l’inévitabilité de la sédimentation
Il existe de nombreuses variables dans les environnements de stockage, de transport et d’utilisation des encres blanches pour transfert thermique, qui amplifient encore l’inévitabilité de la sédimentation :
- Fluctuations de température : Les températures élevées en été (au-dessus de 30 °C) accélèrent la volatilisation des solvants et le vieillissement des agents dispersants ; les basses températures en hiver (en dessous de 0 °C) peuvent provoquer le gel et la déstabilisation des agents de suspension, détruisant la stabilité du système ;
- Vibrations mécaniques : Les chocs pendant le transport peuvent provoquer l’agglomération des particules de dioxyde de titane sous l’effet des forces de cisaillement, les rendant plus susceptibles de se déposer après l’arrêt ;
- Utilisation ouverte : Lors de l’impression, l’encre est exposée à l’air, et la volatilisation du solvant augmente la concentration en dioxyde de titane, augmentant le risque d’agglomération.
Ces facteurs incontrôlables dans les scénarios pratiques rendent “l’absence absolue de sédimentation” totalement irréalisable dans les applications industrielles. Même s’il n’y a pas de sédimentation à court terme en conditions de laboratoire, la sédimentation se produira inévitablement dans la circulation réelle.
Conclusion : “Sans sédimentation” viole les lois de la science des matériaux et est un malentendu idéalisé
L'”absence de sédimentation” des encres blanches pour transfert thermique est essentiellement un objectif idéalisé qui viole les lois de la thermodynamique et de la mécanique des fluides. La différence de densité entre le dioxyde de titane et les solvants, les exigences de fluidité d’impression de l’encre et les limites des additifs déterminent conjointement que la sédimentation est une “tendance inévitable”. Les technologies existantes ne peuvent que prolonger le cycle de sédimentation pour répondre aux besoins pratiques (comme aucune sédimentation évidente dans un délai de 1 à 3 mois, qui peut être restaurée par agitation avant utilisation).
Par conséquent, les encres blanches pour transfert thermique qui prétendent être “sans sédimentation” ignorent soit le scénario réel de stockage à long terme, soit sacrifient les performances d’impression (comme une viscosité ultra-élevée les rendant inutilisables), et des problèmes surgiront inévitablement dans les applications.