في التطبيق العملي لأحبار الحبر الأبيض الصبغي DTF، يُعتبر ادعاء “عدم الترسُّب” قضية زائفة. يكمن السبب الأساسي في التناقضات المصالحة بين الخصائص الفيزيائية لثاني أكسيد التيتانيوم، والمتطلبات الوظيفية للحبر، وقوانين علم المواد – الترسُّب اتجاهاً تلقائيًا ديناميكيًا حراريًا، والتقنيات الحالية يمكنها فقط تأخيره، وليس القضاء عليه تمامًا. يمكن تفسير ذلك في الجوانب الأربعة التالية:
الخصائص الفيزيائية لثاني أكسيد التيتانيوم تحدد أن “الترسُّب اتجاهاً تلقائيًا”
كثافة ثاني أكسيد التيتانيوم (خاصة النوع الروتيل) حوالي 4.2 جم/سم³، بينما نظام المذيبات (الماء، الكحولات، إلخ) لأحبار الحبر الأبيض للنقل الحراري تبلغ كثافته 1–1.2 جم/سم³ فقط، بفارق كثافة يزيد عن 3 أضعاف بينهما. وفقًا لقانون ستوكس للترسُّب:
سرعة ترسُّب الجسيمات تتناسب طرديًا مع فرق الكثافة بين الجسيمات والمذيب، وعكسيًا مع لزوجة المذيب.
هذا يعني أن جسيمات ثاني أكسيد التيتانيوم في الحبر سيكون لها حتمًا ميل للترسُّب بسبب الجاذبية. طالما يوجد فرق في الكثافة، فمن المستحيل تعويض هذا الاتجاه التلقائي الديناميكي الحراري للترسُّب تمامًا عبر المواد. حتى لو تم تشتيت الجسيمات إلى مقياس النانو (مثلاً أقل من 100 نانومتر) باستخدام مواد مفرقة لتحسين الاستقرار قصير المدى، فإن التخزين طويل الأمد (لأكثر من شهر) سيؤدي لا يزال إلى هبوط تدريجي للجسيمات بسبب “ضعف الحركة البراونية والتكتل البطيء”، مما يؤدي إلى ترسُّب لا رجعة فيه. إنها مسألة وقت فقط.
هناك تناقض طبيعي بين متطلبات “السيولة” و”مقاومة الترسُّب” للحبر
تحتاج أحبار الحبر الأبيض للنقل الحراري إلى تلبية متطلبات سلاسة الطباعة: قطر الفوهة عادةً 20–50 ميكرومتر، لذا يجب ألا تكون لزوجة الحبر عالية جدًا (بشكل عام 10–30 ملي باسكال.ثانية للأنظمة المائية و5–15 ملي باسكال.ثانية للأنظمة الزيتية)؛ وإلا ستسد الفوهة أو تسبب طردًا غير متساوٍ للحبر.
ومع ذلك، تتطلب “مقاومة الترسُّب” لزوجة عالية أو دعمًا هيكليًا قويًا (مثل الأنظمة الثيكسوتروبية)، وتتعارض اللزوجة العالية مباشرة مع سيولة الطباعة:
إذا زادت اللزوجة بشكل كبير لمنع الترسُّب (مثلاً تجاوز 50 ملي باسكال.ثانية)، لا يمكن للحبر أن يُطرد بسلاسة عبر الفوهة، فاقدًا وظيفة الطباعة؛
إذا تم الاعتماد فقط على الشحنة أو الحواجز الفراغية للمواد المفرقة، على الرغم من إمكانية الحفاظ على لزوجة منخفضة، ستستقر الجسيمات ببطء بسبب فرق الكثافة، خاصة عند السكون، حيث ينقص قوة القص لكسر التكتل.
هذا “التناقض في المتطلبات الوظيفية” يحدد أن الحبر يجب أن يصل إلى حل وسط بين “قابلية الطباعة” و”مقاومة الترسُّب”. من المستحيل السعي لعدم الترسُّب المطلق على حساب أداء الطباعة، لذا يمكن فقط تأخير الترسُّب وليس القضاء عليه.
دور المواد المضافة هو “التأخير” وليس “الإزالة”، مع قيود جوهرية
الوظيفة الأساسية لمواد مقاومة الترسُّب الحالية (المواد المفرقة، المواد المعلِّقة، إلخ) هي إطالة دورة الترسُّب، لكنها لا يمكنها اختراق القوانين الفيزيائية:
استقرار امتزاز محدود للمواد المفرقة: تمتز المواد المفرقة على سطح ثاني أكسيد التيتانيوم من خلال الامتزاز الفيزيائي (نادرًا الامتزاز الكيميائي). إذا تغير نظام الحبر (مثل تقلبات درجة الحموضة، ارتفاع درجة الحرارة، أو تطاير المذيب)، قد تتحرر المواد المفرقة. على سبيل المثال:
في البيئات منخفضة الحرارة، تتكور السلاسل الجزيئية للمواد المفرقة، مما يضعف الحواجز الفراغية ويجعل الجسيمات عرضة للتكتل؛
بعد التخزين طويل الأمد، قد تتعرض بعض المواد المفرقة لـ “امتزاز تنافسي” بواسطة شوائب على سطح ثاني أكسيد التيتانيوم (مثل أيونات الحديد، الكالسيوم، والمغنيسيوم)، فاقدة تأثيرها المفرق.
الدعم الهيكلي للمواد المعلِّقة يضمحل بمرور الوقت: الشبكات الثيكسوتروبية المكونة من صمغ الزانثان، السليكا المدخنة، إلخ، سيكون لديها روابط هيدروجينية أو قوى بين جسيمية مسترخية تدريجيًا بعد التخزين طويل الأمد أو التجميد والذوبان المتكرر، مما يقلل من قوة هيكل الشبكة. نتيجة لذلك، تضعف “قوة الربط” على ثاني أكسيد التيتانيوم، مما يؤدي في النهاية إلى الترسُّب.
محتوى ثاني أكسيد التيتانيوم العالي يضخم عدم الاستقرار: لضمان قوة التغطية، تحتوي أحبار الحبر الأبيض للنقل الحراري عادةً على 20%–40% من ثاني أكسيد التيتانيوم، وهو أعلى بكثير من الأحبار العادية (5%–15%). في أنظمة الجسيمات عالية التركيز، تكون المسافة بين الجسيمات أقصر، واحتمالية التصادم أعلى، ويخاطر التكتل بالزيادة بشكل كبير مع الوقت. حتى لو كان التشتيت الأولي مثاليًا، التكتل والترسُّب الموضعي أمر لا مفر منه بعد عدة أشهر.
تعقيد سيناريوهات التطبيق العملي يسرع حتمية الترسُّب
هناك العديد من المتغيرات في بيئات التخزين والنقل والاستخدام لأحبار الحبر الأبيض للنقل الحراري، مما يزيد من حتمية الترسُّب:
تقلبات درجة الحرارة: درجات الحرارة المرتفعة في الصيف (فوق 30°م) تسرع تطاير المذيب وشيخوخة المادة المفرقة؛ درجات الحرارة المنخفضة في الشتاء (تحت 0°م) قد تسبب تجمد المواد المعلِّقة وزعزعة الاستقرار، مما يدمر استقرار النظام؛
الاهتزازات الميكانيكية: الارتجاجات أثناء النقل قد تسبب تكتل جسيمات ثاني أكسيد التيتانيوم تحت قوة القص، مما يجعلها أكثر عرضة للترسُّب بعد السكون؛
الاستخدام المفتوح: أثناء الطباعة، يتعرض الحبر للهواء، ويؤدي تطاير المذيب إلى زيادة تركيز ثاني أكسيد التيتانيوم، مما يرفع خطر التكتل.
هذه العوامل غير القابلة للسيطرة في السيناريوهات العملية تجعل “عدم الترسُّب المطلق” غير قابل للتحقيق تمامًا في التطبيقات الصناعية. حتى لو لم يكن هناك ترسُّب على المدى القصير في ظروف المختبر، سيحدث الترسُّب حتمًا في التداول الفعلي.
الخلاصة: “بدون ترسُّب” ينتهك قوانين علم المواد وهو سوء فهم مثالي
“عدم الترسُّب” لأحبار الحبر الأبيض للنقل الحراري هو في جوهره هدف مثالي ينتهك قوانين الديناميكا الحرارية وميكانيكا الموائع. فرق الكثافة بين ثاني أكسيد التيتانيوم والمذيبات، ومتطلبات سيولة الطباعة للحبر، وقيود المواد المضافة تحدد مجتمعة أن الترسُّب “اتجاه حتمي”. يمكن للتقنيات الحالية فقط إطالة دورة الترسُّب لتلبية الاحتياجات العملية (مثل عدم وجود ترسُّب ملحوظ خلال 1-3 أشهر، يمكن استعادته بالرج قبل الاستخدام).
لذلك، أحبار الحبر الأبيض للنقل الحراري التي تدعي أنها “بدون ترسُّب” إما تتجاهل سيناريو التخزين طويل الأمد الفعلي أو تضحي بأداء الطباعة (مثل اللزوجة الفائقة التي تجعلها غير قابلة للاستخدام)، والمشاكل ستظهر حتمًا في التطبيقات.