Espesamiento y/o ralentización de la evaporación de la tinta a base de IPA

Question

El enigma

Tengo una tinta de impresión de seguridad que hago añadiendo un tinte absorbente de IR a una mezcla 50/50 de alcohol isopropílico y agua destilada. La solución de tinta es de color verde pálido, pero se seca prácticamente invisible para el ojo humano.

El problema es que cuando la tinta se aplica al sello, la tinta se evapora en cuestión de segundos, pero necesito que permanezca viable durante unos 10 minutos. Incluso si acorto los 10 minutos a sólo unos segundos, la tinta se evapora lo suficiente como para causar una distribución desigual (es decir, se desvanece en algunas zonas.)

Requisitos

1. Proporciona una distribución uniforme de la tinta (para mí, esto significa viscoso)
2. El menor sangrado posible (para mí, capa fina en el sello, también viscosa)
3. Permanece viable en un sello durante unos 10 minutos
4. Permite que el producto final entintado sea prácticamente invisible después de unas 24 horas

Una solución que funciona (casi)

Ya he solucionado este problema con otra tinta. Era una tinta reactiva a los rayos UV que utiliza un disolvente idéntico de IPA/agua. Pude cumplir todos mis requisitos añadiendo un 14% de glicerina a la solución. El aumento de la viscosidad me ayudó a conseguir marcas consistentes y limpias (sin sangrado). La evaporación más lenta me dio mucho tiempo para estampar. Hubo mucho regocijo.

Sin embargo, la glicerina tiene un efecto secundario no deseado con la tinta IR en el sentido de que permanece visible en el sustrato. Supongo que esto se debe a que la glicerina impide que la tinta se seque completamente. Intenté calentar el producto final para ver si eso secaba la glicerina pero no ayudó.

Te preguntarás por qué la tinta UV acabó siendo invisible (requisito nº 4). Sencillo: esa tinta es transparente para empezar.

Mis preguntas

1. Creo que lo que necesito es un fluido viscoso (tal vez no tan viscoso como la glicerina) que se evapore lenta pero completamente en ~24 horas. ¿Existe tal maravilla?
2. La glicerina resuelve todos mis problemas y crea uno (marcas visibles.) ¿Hay alguna manera de utilizar la glicerina, sin dejar de obtener una marca invisible? (He probado a variar la cantidad de glicerina, pero es un compromiso de usabilidad y visibilidad).
3. ¿Existe algún otro producto químico (esperemos que sea fácil de conseguir por un particular) que pueda funcionar tan bien como la glicerina y a la vez permita que las marcas sean invisibles?
4. Me encantaría entender mejor este problema para poder solucionarlo yo mismo (soy ingeniero de software, no químico.) Cualquier idea al azar sería bienvenida.
5. Me parece que la viscosidad es inversamente proporcional a la tasa de evaporación. ¿Es eso cierto?

Información de fondo

Intento aplicar esta tinta a tiras largas y finas (de unos 7 mm cada una) de un sustrato de papel poroso (envuelto en plástico). Para simplificar el proceso de alineación, tengo un gran sello de goma con una serie de ~100 tiras duplicadas en relieve. Este sello se coloca boca arriba en un equipo con ranuras de alineación a ambos lados. Desde aquí, aplico la tinta al sello y luego deslizo cada tira, una por una, en un par de ranuras adyacentes y presiono para estampar. Esto es mucho más rápido que volver a entintar un solo sello fino para cada tira. Este proceso dura unos 10-15 minutos.

Answer 1

Esto es más un comentario que una solución.

A menudo se ha señalado aquí que la química es una ciencia experimental, por lo que a menudo sólo hay que probar cosas.

Hay una serie de consideraciones al respecto. Parece que se tarda del orden de 10 minutos en sellar un lote de "tiras" (sea lo que sea...) y eso:

• Se necesita un sello con varias "caras de sello" para que permanezca húmedo tanto tiempo.
• También quiere que el disolvente de la tinta se "seque" para que no deje una "marca de agua" perceptible en el papel.
• Es conveniente utilizar una cantidad mínima de disolvente para que el sello de colorante no manche el papel.

(1) El colorante debe ser bastante polar para disolverse en una solución de una mezcla 50/50 de alcohol isopropílico (2-propanol) y agua destilada. Puedes consultar una tabla de disolventes con sus polaridades en este enlace página web . Puedes probar con otros disolventes que tengas, o con mezclas que puedas hacer, para tener una idea aproximada de lo polar que debe ser el disolvente (¿mezcla?).

• Es razonable suponer que alrededor de 1 gramo/ml para cualquiera de los disolventes enumerados. Estimar la polaridad de una mezcla suponiendo una solución ideal, es decir, que la polaridad total del disolvente es igual a la molaridad de un disolvente por su fracción molar. (es decir, 50 % en peso no es lo mismo que 50 % molar).

• Puedes comprobar si la tinta se ha disuelto viendo si la solución es "clara", es decir, iluminándola con una luz brillante. Si ves una dispersión, entonces el tinte no se ha disuelto.

• Probablemente puedas estimar, a partir de tu trabajo con la glicerina, la concentración que debe tener el tinte para que sea invisible al secarse, pero visible bajo fluorescencia. (Supongo que el propio tinte seco es verde. Así que no querrás "pintar" la superficie con partículas del tinte. Más bien quieres que el seco sea llevado a las fibras del papel mientras el disolvente que lleva el tinte es adsorbido).

(2) Mira otros disolventes que se han utilizado para las tintas, por ejemplo en este página web . Elige algunos disolventes para probar que tengan una polaridad que funcione desde el paso (1). Ahora observa los disolventes frente a la presión de vapor. Cuanto más baja sea la presión de vapor, más lentamente se evaporará el disolvente.

• Tenga en cuenta que la mezcla no se evapora de forma homogénea. Así, con una mezcla de acetona y glicerina, la acetona se evapora preferentemente a la glicerina.

• También hay un efecto en este caso, ya que el disolvente de la tinta se adsorbe en el papel y no sólo se asienta en la superficie del papel como una gota de dicho disolvente en el cristal. Por lo tanto, la correlación entre las presiones de vapor y el tiempo de secado sería "buena" pero ciertamente no perfecta.

Answer 2

La presión de vapor del IPA a 2,4 grados C es 1/4 de su valor a temperatura ambiente ( ref ).

La viscosidad del IPA también aumenta drásticamente cuando la temperatura se enfría a ~0 ( ref ).

¿Podría simplemente realizar la evaporación con la misma solución pero en un entorno más frío? Una nevera doméstica normal debería estar en el rango adecuado para lo que buscas.

La viscosidad también aumentará probablemente a medida que se produzca la evaporación, ya que la concentración del tinte aumentará, por lo que podrá iniciar el proceso de evaporación en el frigorífico y luego dejar que se caliente a temperatura ambiente (o más si es necesario) para expulsar completamente el disolvente dentro de sus limitaciones de tiempo.

Un posible proceso podría ser preenfriar la solución por debajo de los 0 grados Celsius, realizar el estampado a temperatura ambiente (dentro de su ventana de 10 minutos), colocar los sustratos estampados en la nevera para permitir una evaporación lenta durante 8-18 horas, y luego calentar a temperatura ambiente para expulsar el disolvente restante.