Файл: Голомб, Л. М. Физико-химические основы технологии выпускных форм красителей.pdf

Р А З Д Е Л III

ЖИДКИЕ ВЫПУСКНЫЕ ФОРМЫ

Г Л А В А 5

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ И КОЛОРИСТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

ЖИДКИХ ВЫПУСКНЫХ ФОРМ

5.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Жидкие выпускные формы состоят из измельченных кристаллов красителей и вспомогательных веществ, распределенных в водной дисперсионной среде. Размер основной .массы частиц дис­ персной фазы паст для печати не превышает 5 мкм, а у паст для кра­ шения — 2 мкм. По признакам агрегатного состояния фаз они отно­ сятся к микрогетерогенным системам — суспензиям. В зависимости от концентрации твердой фазы (обычно 10—20 вес. % красителя), дисперсности частиц, их формы и состава жидкой фазы они обладают свойствами, присущими свободно-дисперсным или связанно-дисперс­ ным системам [1].

Максимальный размер частиц не превышает 30—50 мкм [2, 3], т. е. меньше самого малого элемента объема (0,1 мл); пасты можно

Современные пасты для печати — это невысыхающие, седиментационноустойчивые, морозоустойчивые, легко поддающиеся гомогени­ зации жидкие системы, зачастую обладающие тиксотропными свой­

чается от применения порошков и гранул, но в применении паст для печати есть некоторые особенности. Полиграфические, или масля­ ные краски сохраняют свои реологические свойства, их реологиче­

(от краски) с загустками. Последние представляют собой дисперсии природных, природных модифицированных или синтетических

полимеров с добавкой различных химических реагентов, пластифика­ торов, антивспетшвателей и т. п. [13—15]. Печатные краски нано­ сятся на ткань, которая после сушки поступает в запарные аппараты периодического действия [15], где протекают сорбция, диффузия и фиксация красителя на волокне. Кубовые красители на этой стадии восстанавливаются в щелочной среде печатных красок и переходят из кетоформы в растворимые лейкосоединения, которые и сорби­ руются волокном. Качество рисунка — резкость контуров, четкость и непрерывность тонких линий и «струнок» — зависит в основном от реологических и адгезионно-когезионных свойств печатных красок [1G—18]. Эти свойства определяются их составом, природой и кон­ центрацией загустителей и механическими факторами (типом и глу­ биной гравюры, площадью рисунка, давлением печатного вала, ско­ ростью сдвига и т. п.).

Колористический эффект печатания (ровпота, чистота и интенсив­ ность расцветки, коэффициент полезного использования красителя в выпускной форме) обусловливается не только химическими и физи­ ческими свойствами печатных красок, но главным образом составом паст для печати, физическими и морфологическими особенностями красителей и другими факторами, такими, как сорбционная емкость, мобильность связей краситель — загустка. Реологические пара­ метры — предельное напряжение сдвига, вязкость, пластичность, тиксотропность, текучесть, — характеризуют физическое состояние и поведение паст для печати с точки зрения технологии их пригото­ вления (перемешивания, диспергирования, процеживания и слива­ ния в тару), при хранении и отчасти, при приготовлении печатных красок. В процессе печатания превалируют деформационные и адге­ зионные свойства последних, почему обычно и изучают реологиче­ ские и структурно-механические свойства самих печатных красок и загустителей [16—26]. Однако сами пасты для печати с их твердой полидисперсной фазой и многокомпонентным составо.м дисперсионной среды могут оказывать определенное, порой отрицательное, влияние на свойства печатных красок [19].

5.2.ОСНОВНЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О РЕОЛОГИИ II ПРИБОРЫ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

5.2.1. Основные представления о реологии

Мнкрогетерогенные системы, к которым относятся суспензии красителей и жидкие формы, обладают вязкостью, пластич­ ностью, упругостью и прочностью, обусловливаемыми структурой коагуляционного и л и тиксотропно-обратимого типа (по Ребиндеру). Эти свойства называют структурно-механическими или реологиче­ скими.

Еще в 1889 г. Шведов своими первыми работами по изучению ано­ малии вязкости водного раствора желатины [27] заложил основы коллоидной механики [28]. В 1916 г. Бингем, исследуя текучесть

146

течения в зависимости от расстояния, измеряемого под прямым углом по отношению к направлению течения (в с-1); обычно D относят к зна­ чению у стенки прибора. Напряжение Р — сила на единицу площади.

молинейной зависимостью (рис. 52, кривая 1), вытекающей из урав­ нения Ньютона:

где F — сила внутреннего трения; S — площадь слоя, к которому прилагается эта сила; d&/dr — градиент скорости; ц — коэффициент пропорциональности, или вязкость; Р — напряжение сдвига, дип/см2.

К этим жидкостям, име­ ющим постоянную вязкость, от­ носятся разбавленные суспензии

красителей, в которых дефлокулированные и сильно сольватированные частицы передвигаются одна относительно другой. Т е к у ч е с т ь 1/т] = Ф — величина обратная вязкости — характеризует подвиж­ ность системы иод влиянием внешних механических воздействий.

Жидкости, у которых при постоянной температуре вязкость зави­ сит от скорости сдвига, называются н е н ь ю т о н о в с к и м и и характеризуются кривыми течения (2—6). Их свойства описываются уравнением [4]:

148

где Р — напряжение сдвига, днн/см2; г|* — кажущаяся (эффектив­ ная) вязкость, И; D — скорость сдвига, с-1; и — показатель, завися­ щий от свойств жидкости.

Кривая 2 описывает псевдопластическое течение (при п <С1), наблюдаемое у расплавов и растворов веществ, имеющих высокий молекулярный вес (полимеров). Кривая 3 описывает дилатантные системы (при п > 1 ), например очень концентрированные суспензии, вязкость которых возрастает по мере увеличения скорости сдвига [4, 31]. Дефлокуляиты (см. 3.1 на стр. 49) превращают суспензию, обладающую свойствами бипгемовского тола (кривая 4) в дилатантную жидкость в связи с возникновением па поверхности частиц значительного одноименного заряда [30]. Благодаря сильному оттал­ киванию частиц предельное напряжение сдвига не возникает в этих системах до тех пор, пока объемная концентрация частиц не станет больше той, при которой впервые наблюдается предел текучести.

паст кубовых красителей для печати и другие обладают предельным напряжением сдвига. Эти системы характеризуются двумя констан­ тами К критическим или предельным напряжением сдвига Рк (пре­ делом текучести) и пластической вязкости ц', отвечающей пластиче­ скому течению. Эти системы описываются двухчленным уравнением

где Р — напряжение сдвига, дин/см2; Рк — предельное напряжение сдвига, дин/см2; ц' — пластическая вязкость, П; de/dr — градиент скорости, с-1.

В соответствии с классификацией [44] тела Шведова — Бингема характеризуются наличием Р К1 и Рк2 (кривая 4), а тела Бингема — Воларовича, у которых РК1 = Рк2, описываются кривой 5. Если Рк = = 0, т. е. тело не имеет предела текучести (неструктурированные жидкости), то пластическая вязкость переходит в истинную, а уравне­ ние (5.3) — в уравнение вязкого течения Ньютона (5.1). Пластиче­

выше предела текучести, а кажущаяся, или эффективная, вязкость

ц* = -j T/dr ’ хаРактеРпая Для структурированных жидкостей, резко

уменьшается с возрастанием действующего напряжения в системе. Так как деформация вязкопластнчных систем не пропорциональна прилагаемому напряжению сдвига, нельзя ограничиться однократным измерением деформации при определенном напряжении сдвига, а необходимо проводить многократные измерения указанных вели­ чин для построения реограмм, характеризующих реологические свойства системы.

1 Все константы, характеризующие структурно-механические свойства описываемых дисперсных систем, обозначаются общепринятыми символами [33].

149