Strona główna

Papier jak kameleon

Numer 1/2021
Pakunki z narzędziami sterylizowane w szpitalach oznacza się taśmami, które ciemnieją po osiągnięciu  zabójczej dla bakterii temperatury. Pakunki z narzędziami sterylizowane w szpitalach oznacza się taśmami, które ciemnieją po osiągnięciu zabójczej dla bakterii temperatury. Shutterstock
Głowica termiczna drukarki precyzyjnie nagrzewa konkretne obszary papieru termicznego, wywołując jego zaczernienie i wytworzenie obrazu.Infografika Zuzanna Sandomierska-Moroz Głowica termiczna drukarki precyzyjnie nagrzewa konkretne obszary papieru termicznego, wywołując jego zaczernienie i wytworzenie obrazu.
Papier termiczny uzyskuje się, nanosząc na zwykły papier emulsję termoczułą. Podkład zapewnia jej łatwiejsze i równomierne nanoszenie.Infografika Zuzanna Sandomierska-Moroz Papier termiczny uzyskuje się, nanosząc na zwykły papier emulsję termoczułą. Podkład zapewnia jej łatwiejsze i równomierne nanoszenie.

Doświadczenie 1

W niewielkim garnku doprowadź wodę do wrzenia. Wrzuć do niej paragony (najlepiej z kilku sklepów).

Wyjaśnienie: Na papier nałożona jest powłoka sensybilizatora, wykonana najczęściej z 2-benzylooksynaftalenu, 1,2-bis-(3-metylofenoksy)etanu lub kwasu oktadecylofosfonowego. Substancje te topią się w temperaturze 95– 100°C. Jeśli do produkcji papieru termicznego użyto właśnie tych związków, to już we wrzącej wodzie nastąpi natychmiastowa zmiana zabarwienia. W przypadku niektórych wyblakłych paragonów pozwala to niekiedy na odtworzenie ich „negatywu” – barwnik rozłożył się z czasem w miejscach, w których został aktywowany podczas drukowania. Zatem ogrzanie pozostałych fragmentów pozwala uwidocznić te jaśniejsze plamy. Tak niska temperatura aktywacji pozwala także „pisać” po tym papierze np. widelcem lub kluczem do drzwi – ciepło wydzielane jest w wyniku tarcia.

Doświadczenie 2

W niewielkim garnku doprowadź wodę do wrzenia, ale tym razem rozpuść w niej sodę oczyszczoną (1 łyżeczka na 100 ml). Do wrzącego roztworu wrzuć paragony.

Wyjaśnienie: W pierwszej chwili papier termiczny zabarwia się na czarno – wskutek obniżenia pH spowodowanego obecnością kwasu. Jednak kwas ten zostaje szybko zneutralizowany przez zasadowy węglan sodu – po krótkiej chwili papier staje się zatem biały. Papier uprzednio namoczony w roztworze sody oczyszczonej nie zabarwi się na czarno nawet na moment.

Doświadczenie 3

W pojemniku odmierz ok. 10 ml spirytusu salicylowego z apteki. W roztworze zanurz jak najwięcej paragonów. Określ barwę roztworu, po czym dodaj łyżeczkę sody oczyszczonej i dobrze rozmieszaj.

Wyjaśnienie: Formownik, wywoływacz i sensybilizator, używane w papierze termicznym, nie rozpuszczają się w wodzie, lecz w rozpuszczalnikach organicznych, np. w etanolu. Roztwór spirytusu, w którym zanurzone są paragony, stopniowo wypłukuje barwnik, przybierając coraz ciemniejszy kolor. Obecność kwasu salicylowego dodatkowo przyspiesza ciemnienie roztworu (użycie czystego alkoholu pozwala uzyskać zaledwie szaro podbarwiony). Dodatek sody neutralizuje kwasy organiczne (wypłukane z paragonu oraz obecny w spirytusie kwas salicylowy), powodując odbarwienie się roztworu – używając sody, trzeba jednak odczekać, aż roztwór przestanie się burzyć.

Doświadczenie 4

W niewielkim garnku doprowadź do wrzenia co najmniej 30 ml 10-procentowego octu. Wrzuć do roztworu paragon odbarwiony w doświadczeniu 2. Gotuj przez kilka minut.

Wyjaśnienie: Barwnik zawarty w paragonie zmienia kolor pod wpływem kwasowości roztworu – czarny staje się w środowisku kwaśnym, które zapewnia nadmiar octu (część zostaje zużyta na zobojętnienie podnoszącego pH węglanu sodu). Jednocześnie sam ocet (kwas octowy to utleniony etanol) ułatwia rozpuszczanie się barwnika – ciemnieje nie tylko paragon, ale i gotujący się roztwór. W efekcie barwnik ulega też rozcieńczeniu, nadając papierowi i roztworowi jasnoszary odcień.

Doświadczenie 5

Wycinek 3 × 5 cm papieru ksero zanurz w jodynie (rozcieńczony roztwór jodu w etanolu o stężeniu 96% (V/V) z dodatkiem jodku potasu) i odczekaj do całkowitego odparowania alkoholu. W niewielkim garnku doprowadź wodę do wrzenia i wrzuć do niej zabarwiony papier.

Wyjaśnienie: Termochromiczny papier lub atrament mogą też odbarwiać się pod wpływem temperatury. Cząsteczkowy jod ze skrobią zawartą w papierze ksero tworzy charakterystyczny niebieski związek, który nie rozpuszcza się w wodzie. Gdy wykonujesz doświadczenie, czasem papier może nie nasiąknąć wystarczająco jodyną. Na jego powierzchni jod utworzy wtedy brązową plamę. Dopiero gdy papier nasiąknie wodą, jego struktura rozluźnia się, umożliwiając reakcję między skrobią i jodem – wtedy barwa plamy zmieni się na granatową. Temperatura wrzącej wody sprzyja szybkiemu odparowywaniu jodu, prowadząc do rozpadu barwnego kompleksu i momentalnego odbarwienia papieru.

dr Paweł Jedynak
Popularyzator nauki i pracownik Wydziału Biochemii, Biofizyki i Biotechnologii UJ w Krakowie. Bada nowe możliwości wykorzystania mikroorganizmów w biotechnologii i molekularne mechanizmy rozwoju roślin.

***

Uwaga!

Doświadczenia wykonuj ostrożnie, używając kuchennych rękawic termoizolacyjnych. Dzieci powinny przeprowadzać doświadczenia pod nadzorem dorosłych.

***

Uwaga!

Redakcja nie ponosi odpowiedzialności za ewentualne szkody powstałe wskutek doświadczeń.

***

Zestaw przyrządów i materiałów

Pojemnik na mocz, spirytus salicylowy, soda oczyszczona, ocet spirytusowy 10-procentowy, jodyna, papier ksero

Niewliczone w cenę: paragony, niewielki garnek

Czas przygotowania: 1,5 godz.

Koszt: 30 zł

***

Wiedza w pigułce

Na papierze termicznym drukujemy paragony, recepty czy bilety autobusowe. To wygodne, bo urządzenie drukujące może być małe i nie zawiera zbiornika, który trzeba by było regularnie napełniać tuszem. Zabarwienie pojawia się po prostu w wyniku ogrzania papieru. Ciepło niezbędne do zainicjowania reakcji powstaje na skutek rozgrzewania się kropek w głowicy drukującej pod wpływem przepływającego prądu (podobnie jak w grzałce elektrycznej). Wbrew pozorom temperatura nie służy do przypalenia lub utleniania zawartych w papierze związków chemicznych, lecz do ich... stopienia. W powstałym z tzw. sensybilizatora płynie rozpuszcza się wywoływacz koloru – słaby kwas organiczny (np. bisfenol A). Dodany do sensybilizatora barwnik (tzw. formownik) jest w zasadzie wskaźnikiem pH i gdy pod wpływem kwasu pH roztworu się obniża, przybiera on brązowawy lub czarny kolor (np. pochodna fluoranu znana pod nazwą handlową BLACK 305).

Do aktywacji papieru termicznego wystarczy czasem zaledwie ok. 100°C, ale użycie różnych typów sensybilizatorów o wyższych temperaturach topnienia, jak i innych formowników (np. wybarwiających się na czerwono) pozwala na druk dwu- lub wielobarwny. Żadna z tych substancji nie rozpuszcza się w wodzie – dzięki temu papier nie ciemnieje po zmoczeniu. Dodatek tych związków chemicznych sprawia jednak, że papier termiczny w większości miast nie powinien być wyrzucany do kosza na papier! Chodzi o uniknięcie zanieczyszczenia papieru z recyklingu np. bisfenolem A.

Druk na papierze termicznym jest tani, szybki, cichy i niezmiernie precyzyjny. W naszym zautomatyzowanym świecie idealnie sprawdza się do datowania produktów czy znakowania ich cenami lub kodami kreskowymi. Problemem jest jednak trwałość – takie wydruki z czasem blakną. Termochromiczne (zmieniające barwę pod wpływem temperatury) taśmy samoprzylepne wykorzystywane są natomiast w szpitalach oraz przez naukowców czy dentystów. Oznacza się nimi opakowania z płynami i przyborami, które muszą być sterylizowane. Taśma ta działa jak termometr potwierdzający osiągnięcie w autoklawie zabójczej dla bakterii temperatury 121°C. Opatentowane metody produkcji takich taśm opierają się jednak na innych reakcjach, np. powstawaniu czarnych siarczków w reakcji z węglanem ołowiu lub rozkładzie tiosiarczanu miedzi.

01.01.2021 Numer 1/2021
Reklama
Reklama

Ta strona do poprawnego działania wymaga włączenia mechanizmu "ciasteczek" w przeglądarce.

Powrót na stronę główną