تقليل حجم الحبر بالموجات فوق الصوتية (على سبيل المثال لنفث الحبر)
التجويف بالموجات فوق الصوتية هو وسيلة فعالة لتشتيت وطحن دقيق (الطحن الرطب) من أصباغ الحبر. تستخدم المشتتات بالموجات فوق الصوتية بنجاح في البحث وكذلك في التصنيع الصناعي للأحبار النافثة للحبر القائمة على الأشعة فوق البنفسجية أو المائية أو المذيبات.
أحبار نفث الحبر المشتتة بالنانو
الموجات فوق الصوتية فعالة جدا في تقليل حجم الجسيمات في النطاق من 500 ميكرومتر إلى حوالي 10 نانومتر.
عند استخدام الموجات فوق الصوتية لتفريق الجسيمات النانوية في الحبر النافث للحبر ، يمكن تحسين التدرج اللوني للحبر والمتانة وجودة الطباعة بشكل كبير. لذلك ، تستخدم الموجات فوق الصوتية من نوع المسبار على نطاق واسع في تصنيع أحبار نفث الحبر المحتوية على الجسيمات النانوية ، والأحبار المتخصصة (على سبيل المثال ، الأحبار الموصلة ، والأحبار القابلة للطباعة 3D ، وأحبار الوشم) والدهانات.
2x 1000 واط مشتتات بالموجات فوق الصوتية في خزانة قابلة للتطهير للتشتت النانوي.
توضح الرسوم البيانية أدناه مثالا على الأصباغ السوداء غير الصوتية مقابل المنتشرة بالموجات فوق الصوتية في الحبر النافث للحبر. تم إجراء العلاج بالموجات فوق الصوتية باستخدام مسبار الموجات فوق الصوتية UIP1000hdT. نتيجة العلاج بالموجات فوق الصوتية هي حجم جسيمات أصغر بشكل واضح وتوزيع ضيق جدا لحجم الجسيمات.
ينتج عن التشتت بالموجات فوق الصوتية أصباغ حبر أصغر بكثير وأكثر اتساقا. (الرسم البياني الأخضر: قبل صوتنة – الرسم البياني الأحمر: بعد صوتنة)
كيف يحسن التشتت بالموجات فوق الصوتية جودة الحبر النافث للحبر؟
الموجات فوق الصوتية عالية الكثافة هي كفاءة عالية للتشتت ، والحد من حجم وتوزيع موحد للجسيمات النانوية.
هذا يعني أن الجسيمات النانوية باستخدام الموجات فوق الصوتية في الحبر النافث للحبر يمكن أن تحسن أدائها ومتانتها. الجسيمات النانوية هي جسيمات صغيرة جدا بأحجام تتراوح من 1 إلى 100 نانومتر ، ولها خصائص فريدة يمكنها تحسين الحبر النافث للحبر بعدة طرق.
- أولا ، يمكن للجسيمات النانوية تحسين التدرج اللوني للحبر النافث للحبر ، والذي يشير إلى مجموعة الألوان التي يمكن إنتاجها. عندما يتم تشتيت الجسيمات النانوية بشكل موحد باستخدام الموجات فوق الصوتية من نوع المسبار ، فإن الحبر يعرض بالتالي ألوانا أكثر حيوية وتشبعا. وذلك لأن الجسيمات النانوية يمكن أن تشتت الضوء وتعكسه بطرق لا تستطيع الأصباغ والأصباغ التقليدية القيام بها ، مما يؤدي إلى تحسين إعادة إنتاج الألوان.
- ثانيا ، يمكن للجسيمات النانوية المشتتة بشكل متجانس أن تزيد من مقاومة الحبر النافث للحبر للبهتان والماء والتلطخ. وذلك لأن الجسيمات النانوية يمكن أن ترتبط بقوة أكبر بالورق أو الركيزة الأخرى ، مما يخلق صورة أكثر متانة وأطول أمدا. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن للجسيمات النانوية منع الحبر من النزيف في الورق ، مما قد يتسبب في تلطيخ وتقليل حدة الصورة المطبوعة.
- أخيرا ، يمكن للجسيمات النانوية المشتتة بالموجات فوق الصوتية أيضا تحسين جودة الطباعة ودقة الحبر النافث للحبر. المشتتات بالموجات فوق الصوتية فعالة بشكل استثنائي عندما يتعلق الأمر بطحن ومزج الجسيمات النانوية في السوائل. باستخدام جزيئات أصغر ، يمكن للحبر إنشاء خطوط أدق وأكثر دقة ، مما ينتج عنه صور أكثر وضوحا ووضوحا. هذا مهم بشكل خاص في تطبيقات مثل طباعة الصور عالية الجودة وطباعة الفنون الجميلة.
التحكم في معلمات العملية ونتائج التشتت
يؤثر حجم الجسيمات وتوزيع حجم الجسيمات لأصباغ الحبر على العديد من خصائص المنتج ، مثل قوة التلوين أو جودة الطباعة. عندما يتعلق الأمر بالطباعة النافثة للحبر ، يمكن أن تؤدي كمية صغيرة من الجسيمات الأكبر إلى عدم استقرار التشتت أو الترسيب أو فشل فوهة نفث الحبر. لهذا السبب ، من المهم أن تتمتع جودة الحبر النافث للحبر بتحكم جيد في عملية تقليل الحجم المستخدمة في الإنتاج.
الخالط بالموجات فوق الصوتية UIP1000hdT للتشتت النانوي
المعالجة المضمنة لمشتتات النانو للأحبار النافثة للحبر
ويشيع استخدام مفاعلات الموجات فوق الصوتية Hielscher في الخط. يتم ضخ الحبر النافث للحبر في وعاء المفاعل. هناك يتعرض للتجويف بالموجات فوق الصوتية بكثافة خاضعة للرقابة. وقت التعرض هو نتيجة لحجم المفاعل ومعدل تغذية المواد. صوتنة مضمنة يلغي تجاوز لأن جميع الجسيمات تمر غرفة المفاعل بعد مسار محدد. كما تتعرض جميع الجسيمات لمعلمات صوتنة متطابقة لنفس الوقت خلال كل دورة، الموجات فوق الصوتية عادة يضيق ويحول منحنى التوزيع بدلا من توسيعه. ينتج التشتت بالموجات فوق الصوتية توزيعات حجم جسيمات متناظرة نسبيا. بشكل عام ، المخلفات اليمنى – انحراف سلبي للمنحنى ناتج عن التحول إلى المواد الخشنة ("الذيل" على اليمين) – لا يمكن ملاحظتها في عينات صوتية.
التشتت تحت درجات حرارة متحكم فيها: عملية التبريد
بالنسبة للمركبات الحساسة لدرجة الحرارة ، تقدم Hielscher مفاعلات خلايا التدفق المغلفة لجميع الأجهزة المختبرية والصناعية. عن طريق تبريد جدران المفاعل الداخلية ، يمكن تبديد حرارة العملية بشكل فعال.
تظهر الصور أدناه صبغة سوداء كربونية مشتتة باستخدام مسبار الموجات فوق الصوتية UIP1000hdT بحبر الأشعة فوق البنفسجية.
يضمن التشتت بالموجات فوق الصوتية تقليلا فعالا لحجم الجسيمات وتوزيعا موحدا لأصباغ أسود الكربون في حبر الأشعة فوق البنفسجية.
تشتيت وتكتل الأحبار النافثة للحبر على أي نطاق
Hielscher يجعل معدات تشتيت بالموجات فوق الصوتية لمعالجة الأحبار في أي حجم. تستخدم مجانسات المختبر بالموجات فوق الصوتية لأحجام تتراوح من 1.5 مل إلى 2 لتر تقريبا وهي مثالية لمرحلة R + D لتركيبات الحبر وكذلك لاختبارات الجودة. علاوة على ذلك ، يسمح اختبار الجدوى في المختبر بتحديد حجم المعدات المطلوبة للإنتاج التجاري بدقة.
تستخدم المشتتات بالموجات فوق الصوتية الصناعية في الإنتاج للدفعات من 0.5 إلى 2000 لتر تقريبا أو معدلات التدفق من 0.1 لتر إلى 20 متر مكعب في الساعة. تختلف عن غيرها من تقنيات التشتيت والطحن ، يمكن توسيع نطاق الموجات فوق الصوتية بسهولة حيث يمكن تحجيم جميع معلمات العملية المهمة خطيا.
يوضح الجدول أدناه توصيات الموجات فوق الصوتية العامة اعتمادا على حجم الدفعة أو معدل التدفق المراد معالجته.
| حجم الدفعة | معدل التدفق | الأجهزة الموصى بها |
|---|---|---|
| 10 إلى 2000 مل | 20 إلى 400 مل / دقيقة | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 إلى 20 لتر | 0.2 إلى 4 لتر / دقيقة | UIP2000hdT |
| 10 إلى 100 لتر | 2 إلى 10 لتر / دقيقة | UIP4000hdT |
| 15 إلى 150 لتر | 3 إلى 15 لتر / دقيقة | UIP6000hdT |
| ن.أ. | 10 إلى 100 لتر / دقيقة | UIP16000 |
| ن.أ. | أكبر | مجموعة من UIP16000 |
اتصل بنا! / اسألنا!
كيف تعمل المشتتات بالموجات فوق الصوتية؟ – مبدأ عمل التجويف الصوتي
التجويف بالموجات فوق الصوتية هو عملية تستخدم موجات صوتية عالية التردد لتوليد فقاعات غاز صغيرة في سائل. عندما تتعرض الفقاعات لضغط عال ، يمكن أن تنهار أو تنفجر ، وتطلق دفعة من الطاقة. يمكن استخدام هذه الطاقة لتفريق الجسيمات في السائل ، وتقسيمها إلى أحجام أصغر.
في التجويف بالموجات فوق الصوتية ، يتم إنشاء الموجات الصوتية بواسطة محول طاقة بالموجات فوق الصوتية ، والذي يتم تركيبه عادة على مسبار أو بوق. يقوم محول الطاقة بتحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية في شكل موجات صوتية ، والتي تنتقل بعد ذلك إلى السائل من خلال المسبار أو القرن. عندما تصل الموجات الصوتية إلى السائل ، فإنها تخلق موجات عالية الضغط يمكن أن تتسبب في انفجار فقاعات الغاز.
هناك العديد من التطبيقات المحتملة للتجويف بالموجات فوق الصوتية في عمليات التشتت ، بما في ذلك إنتاج المستحلبات ، وتشتت الأصباغ والمواد المالئة ، وإزالة تكتل الجزيئات. يمكن أن يكون التجويف بالموجات فوق الصوتية وسيلة فعالة لتفريق الجسيمات لأنه يمكن أن يولد قوى قص عالية ومدخلات طاقة بالإضافة إلى معلمات عملية مهمة أخرى مثل درجة الحرارة والضغط يمكن التحكم فيها بدقة ، مما يجعل من الممكن تكييف العملية مع الاحتياجات المحددة للتطبيق. يعد التحكم الدقيق في العملية أحد المزايا البارزة للصوتنة حيث يمكن الاعتماد على المنتجات عالية الجودة وإنتاجها بشكل متكرر ويتم تجنب أي تدهور غير مرغوب فيه للجزيئات أو السائل.
قوي وسهل التنظيف
يتكون مفاعل الموجات فوق الصوتية من وعاء المفاعل وسونوترود بالموجات فوق الصوتية. هذا هو الجزء الوحيد الذي يخضع للتآكل ويمكن استبداله بسهولة في غضون دقائق. تسمح الشفاه المتذبذبة بفصل sonotrode في حاويات مفتوحة أو مغلقة قابلة للضغط أو خلايا تدفق في أي اتجاه. ليست هناك حاجة إلى محامل. تصنع مفاعلات خلايا التدفق بشكل عام من الفولاذ المقاوم للصدأ ولها أشكال هندسية بسيطة ويمكن تفكيكها ومحوها بسهولة. لا توجد فتحات صغيرة أو زوايا خفية.
منظف بالموجات فوق الصوتية في مكانه
كثافة الموجات فوق الصوتية المستخدمة لتفريق التطبيقات أعلى بكثير من التنظيف بالموجات فوق الصوتية النموذجية. لذلك يمكن استخدام الطاقة فوق الصوتية للمساعدة في التنظيف أثناء التنظيف والشطف ، حيث يزيل التجويف بالموجات فوق الصوتية الجسيمات والمخلفات السائلة من sonotrode ومن جدران خلايا التدفق.
Hielscher Ultrasonics بتصنيع المجانسات بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء لخلط التطبيقات، والتشتت، والاستحلاب والاستخراج على المختبر، التجريبية والصناعية النطاق.
الأدب / المراجع
- FactSheet Ultrasonic Inkjet Dispersion – Hielscher Ultrasonics
- Adam K. Budniak, Niall A. Killilea, Szymon J. Zelewski, Mykhailo Sytnyk, Yaron Kauffmann, Yaron Amouyal, Robert Kudrawiec, Wolfgang Heiss, Efrat Lifshitz (2020): Exfoliated CrPS4 with Promising Photoconductivity. Small Vol.16, Issue1. January 9, 2020.
- Anastasia V. Tyurnina, Iakovos Tzanakis, Justin Morton, Jiawei Mi, Kyriakos Porfyrakis, Barbara M. Maciejewska, Nicole Grobert, Dmitry G. Eskin 2020): Ultrasonic exfoliation of graphene in water: A key parameter study. Carbon, Vol. 168, 2020.
- del Bosque, A.; Sánchez-Romate, X.F.; Sánchez, M.; Ureña, A. (2022): Easy-Scalable Flexible Sensors Made of Carbon Nanotube-Doped Polydimethylsiloxane: Analysis of Manufacturing Conditions and Proof of Concept. Sensors 2022, 22, 5147.
- Brad W. Zeiger; Kenneth S. Suslick (2011): Sonofragmentation of Molecular Crystals. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 37, 14530–14533.
- Poinern G.E., Brundavanam R., Thi-Le X., Djordjevic S., Prokic M., Fawcett D. (2011): Thermal and ultrasonic influence in the formation of nanometer scale hydroxyapatite bio-ceramic. Int J Nanomedicine. 2011; 6: 2083–2095.
Hielscher الفوق صوتيات بتصنيع الخالط بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء من المختبر ل الحجم الصناعي.