Стерилизация и диспергиране на покрития на водна основа без биоциди

Покритията на водна основа се използват широко, тъй като поддържат формулировки с ниско съдържание на ЛОС, по-безопасна работа и по-устойчиво производство. В същото време водното им съдържание ги прави силно податливи на микробно замърсяване. Бактериите, дрождите и плесените могат да попаднат в продукта чрез суровините, резервоарите, тръбопроводите, системите за пълнене или чрез въздействието на околната среда по време на производството и съхранението. След като се стигне до замърсяване, микроорганизмите могат да се размножат бързо и да застрашат както качеството на продукта, така и срока му на годност.
Ето защо микробната стабилност е критичен фактор за качеството на боите, покритията, мастилата и пигментните дисперсии на водна основа.

Соникацията съчетава диспергиране на пигменти и контрол на микроорганизмите в един промишлен процес

Традиционно производителите разчитат на консерванти и биоциди в кутиите, за да контролират развалянето. Въпреки това, нарастващият натиск от страна на регулаторните органи и нарастващото търсене на по-чисти формулировки стимулират търсенето на алтернативи. Високоинтензивната соникация предлага високоефективно решение, като позволява едновременно диспергиране и стерилизация в една технологична стъпка.
За производителите на покрития това означава, че ултразвуковата обработка не е само технология за диспергиране. Тя е също така мощен технологичен инструмент за подобряване на микробиологичната стабилност, като същевременно подкрепя стратегии за формулиране на продукти с ниско съдържание на биоциди или без биоциди.

Защо микробната стабилност е от критично значение за промишлеността при боите на водна основа

Микробното замърсяване оказва пряко влияние върху качеството на продукта и надеждността на процеса: Микробната стабилност на боите е от голямо значение за промишлеността, тъй като микробният растеж може да предизвика редица дефекти на продукта и производствени проблеми. Формулите на водна основа често съдържат органични съставки като свързващи вещества, дисперсанти, овлажнители, сгъстители и пенообразуватели. Тези компоненти могат да създадат благоприятна среда за развитие на микроорганизми, ако по време на обработката или съхранението им бъде внесено замърсяване.

В промишлената практика недостатъчният микробен контрол може да доведе до:

• отклонение на вискозитета и промени в рН
• образуване на газ и набъбване на контейнера
• неприятна миризма и обезцветяване
• намалена стабилност при съхранение
• дефекти на фолиото и несъответстващо поведение на приложението
• повишена честота на почистване и престой, свързан със замърсяване.

Микробното разваляне уврежда не само продукта. То може също така да създаде повтарящи се хигиенни проблеми в резервоарите, тръбите и рециркулационните цикли, което води до производствени загуби, преработка, оплаквания от клиенти и разходи за изхвърляне. По тази причина микробната стабилност не е второстепенно свойство. Тя е основно изискване за успешни в търговската мрежа покрития на водна основа.

Как работи соникацията при покритията на водна основа

Акустичната кавитация създава интензивно срязване и разрушаване на микробите: Ултразвукът с висока мощност действа чрез акустична кавитация. Когато ултразвуковите вълни преминават през течност, се образуват микроскопични мехурчета, които нарастват и имплодират. Тези кавитационни събития генерират силно локализирани сили на срязване, турбулентност, промени в налягането и микроструйки.
При покритията на водна основа тези ефекти са ценни, тъй като действат едновременно върху частиците и микроорганизмите. Пигментните агломерати се разграждат ефективно на по-фини частици, докато микробните клетки се увреждат механично и се инактивират. Това прави сонирането особено привлекателно за формули, при които от съществено значение са както качеството на дисперсията, така и стабилността на микроорганизмите.

Една стъпка от процеса осигурява две важни функции

Вместо диспергирането на пигменти и контролът на микроорганизмите да се разглеждат като отделни задачи, сонирането ги съчетава в една операция. Този двоен ефект предлага ясно индустриално предимство.

Същата ултразвукова енергия, която деагломерира пигментните клъстери и разпръсква равномерно частиците, може да намали и жизнеспособния микробен товар в покритието. В резултат на това соникацията подпомага:

• по-фина и по-равномерна дисперсия на пигментите
• подобрена сила на цвета и оптична консистенция
• намалено микробно замърсяване по време на обработката
• подобрена стабилност при съхранение на продукти на водна основа
• по-малка зависимост от консерванти и биоциди в кутиите

Това прави соникацията изключително подходяща за разработването на по-устойчиви и по-чисти системи за нанасяне на покрития.
 

Ултразвуково диспергиран силициев диоксид: червена крива – нетретирана; зелена крива: след ултразвукова дисперсия

Предимства на едновременната дисперсия и стерилизация на пигменти за бои

1. По-доброто качество на дисперсията подобрява ефективността на покритието
   Пигментите и пълнителите често образуват агломерати, които трудно се разбиват с недостатъчна механична енергия. Соникацията осигурява интензивно и целенасочено срязване, което я прави изключително ефективна за деагломерация и намаляване на размера на частиците. По-фината дисперсия може да подобри няколко експлоатационни характеристики на крайното покритие, включително развитието на цветовете, непрозрачността, блясъка и дългосрочната стабилност.
2. Едновременната стерилизация подпомага намаляването на биоцидите
   В същото време ултразвуковата кавитация може да увреди микробните клетки, намиращи се в течната фаза. Това намалява замърсяването в продуктовия поток и спомага за подобряване на микробната стабилност, без да се разчита изключително на химическо консервиране. За производителите, които се стремят към системи с ниско съдържание на биоциди или без биоциди, това е значително предимство в процеса.
3. Интензификацията на процеса намалява сложността
   Комбинирането на две ключови цели на процеса в една поточна линия опростява производството. Вместо да добавят отделни етапи на обработка за диспергиране и микробен контрол, производителите на покрития могат да интегрират и двете в един контролиран процес на сониране. Това намалява манипулациите, подпомага по-чистото производство и подобрява възпроизводимостта.

Защо преработката без биоциди придобива все по-голямо значение

Регулаторните, екологичните и пазарните изисквания променят стратегиите за формулиране
Преминаването към покрития с ниско съдържание на биоциди и без биоциди се обуславя от няколко индустриални фактора. Регулаторните рамки стават все по-строги, очакванията за опазване на околната среда се увеличават, а клиентите искат по-безопасни и устойчиви продукти с по-малко вещества, които предизвикват безпокойство.
В този контекст технологиите за физични процеси придобиват стратегическо значение. Соникацията е особено привлекателна, тъй като тя не просто заменя една добавка с друга. Тя въвежда нехимичен принцип на обработка, който подобрява както дисперсията, така и микробната стабилност чрез механична енергия.

За формулаторите и производствените мениджъри това предлага няколко предимства:

• подкрепа за по-устойчиви продуктови концепции
• намалена зависимост от конвенционални консерванти
• подобрена хигиена на процеса
• по-силно позициониране за следващото поколение покрития на водна основа

Защо Hielscher Sonicators са най-доброто решение за производство на индустриални покрития

Прецизен контрол за възпроизводими условия на обработка

Звукозаписите на Hielscher са предназначени за контрол на промишлени процеси. При производството на покрития прецизният контрол на параметрите на соникацията е от съществено значение, тъй като поведението на състава зависи от вида на пигмента, съдържанието на твърди вещества, вискозитета, температурата, дебита и интензивността на обработката.

Системите на Hielscher позволяват точна настройка на важни параметри на процеса, като например:

• амплитуда
• налягане
• дебит / време на престой
• температура
• Вложена енергия

Тази прецизност позволява на производителите да оптимизират дисперсията на пигментите, като подобряват качеството на формулите и постигат възпроизводимо намаляване на микробите.

SEM изображения на вегетативни клетки на B. subtilis преди (а) и след ултразвуково облъчване за 30 min (б), (в).
Проучване и изображение: © Hashimoto et al., 2020

Поточни клетки под налягане за интензифицирана соникация

Повишеното налягане увеличава интензивността на кавитацията
Ключово предимство на технологията на Hielscher е използването на реактори с поточна клетка, които могат да се поставят под налягане. Налягането има силен ефект върху поведението на кавитацията. При повишено налягане кавитацията става по-интензивна и по-ефективна, което е особено ценно за взискателни дисперсии и непрекъснато микробно инактивиране.

Поддръжка на поточни клетки под налягане:

• интензивна ултразвукова обработка
• по-ефективна деагломерация
• подобрена ефективност на процеса
• по-висока производителност при продължителна работа

За промишлените инсталации за нанасяне на покрития това означава, че ултразвуковата обработка може да се настройва не само за лабораторни цели, но и за реална производствена производителност и изисквания към продуктите.

Инлайн обработка за непрекъснато производство

Соникацията може да се интегрира директно в производствената линия
Звукозаглушителите на Hielscher са изключително подходящи за поточна обработка. Това позволява покритията на водна основа да се обработват непрекъснато, докато преминават през производствената система. Инлайн соникацията се вписва добре в индустриалното производство, тъй като избягва ненужната обработка на партиди и може да бъде интегрирана в трансферни цикли, рециркулационни системи или специални технологични линии.

Инлайн обработката предлага ясни оперативни предимства:

• продължително лечение при определени условия
• по-лесно интегриране в съществуващи инсталации
• намаляване на ръчната работа
• подобрена ефективност и последователност на процесите.

За производителите на покрития това превръща соникацията в практическа производствена технология, а не в метод, използван само в лаборатории.

Изсушен чрез пулверизиране TiO2 преди и след ултразвуково фрезоване

Линейна мащабируемост от лаборатория до промишлено производство

Параметрите на процеса могат да се прехвърлят надеждно в различни мащаби
Увеличаването на мащаба е критичен въпрос при разработването на процеси. Ултразвуковите системи на Hielscher са проектирани за линейна мащабируемост, което означава, че условията на процеса, установени в лабораторен или пилотен мащаб, могат да бъдат систематично прехвърлени към промишленото производство.
Това е особено важно за компаниите, които разработват иновативни покрития с ниско съдържание на биоциди, тъй като намалява риска по време на внедряването и помага за ускоряване на търговската реализация.

Предимствата на линейното мащабиране включват:

• по-лесно разработване на процеси
• надежден трансфер от R&D към производството
• предсказуема производителност при по-голяма пропускателна способност
• по-ниска несигурност при увеличаване на мащаба

Лесно почистване и хигиеничен дизайн на процеса

Чистотата е от значение, когато целта е микробна стабилност
Ако контролът на микроорганизмите е основна цел на процеса, хигиената на оборудването става още по-важна. Соникаторите на Hielscher са проектирани за практическо промишлено почистване и лесно интегриране в хигиенни технологични среди.

Лесното почистване помага на производителите:

• намаляване на рисковете от замърсяване на оборудването
• поддържат последователен микробен контрол
• съкращаване на усилията за почистване и поддръжка.
• подобряване на надеждността на процеса при многократни производствени цикли.

При покритията на водна основа, където замърсяването може да се задържи в резервоарите, мъртвите зони и системите за прехвърляне, лесното за почистване ултразвуково оборудване допринася пряко за стабилността на продукта и експлоатационната надеждност.

Сонираната тебеширена боя върху гриндометъра демонстрира идеално равномерната деагломерация и разпределението на частиците по размер на пигментите

Възпроизводими резултати за осигуряване на качеството в промишлеността

Последователността е от съществено значение за производителите на покрития
Индустриалното производство на бои изисква висока възпроизводимост на резултатите от процеса. Оптичните свойства, реологията, срокът на годност и микробиологичната стабилност трябва да останат постоянни от партида до партида и през дълги производствени периоди.

Соникаторите на Hielscher осигуряват възпроизводими ултразвукови условия, които подпомагат:

• равномерна пигментна дисперсия
• стабилно намаляване на размера на частиците
• последователна микробна обработка
• надеждно качество на продуктите в различните производствени серии.

Тази възпроизводимост е от съществено значение за валидирането на процеса, осигуряването на качеството и промишленото внедряване на ултразвуковата технология.

Соникацията като стратегическа технология за съвременните покрития на водна основа

Индустрията за покрития се насочва към формули, които са по-устойчиви, с по-ниско съдържание на опасни добавки и с по-стабилни характеристики. Соникацията се вписва изключително добре в тази посока, тъй като решава едновременно две основни производствени предизвикателства: необходимостта от ефективна дисперсия на пигментите и необходимостта от микробна стабилност.
Като комбинира тези функции в една стъпка от процеса, сонирането помага на производителите да опростят производството, да подобрят качеството на покритието и да намалят зависимостта от конвенционалните системи за консервиране. Това прави ултразвуковото третиране изключително привлекателно за архитектурни бои, индустриални покрития, функционални дисперсии, мастила и свързани с тях системи на водна основа.
Соникаторите на Hielscher осигуряват индустриалната платформа, необходима за прилагането на тази стратегия на практика. Техният прецизен контрол, поточни клетки под налягане, възможност за работа в поточна линия, линейна мащабируемост, лесно почистване и възпроизводими резултати ги правят особено подходящи за взискателни приложения за нанасяне на покрития.

Възползвайте се от предимствата на ултразвуковата дисперсия и стерилизация на покритията

Стерилизацията и диспергирането на покрития на водна основа без биоциди с помощта на соникация е многообещаващ подход за съвременното производство на бои. Сонизацията подобрява диспергирането на пигментите, намалява микробното натоварване и поддържа по-голяма стабилност на продукта в един интегриран процес. Тази комбинация е особено ценна в индустрия, която е подложена на нарастващ натиск за намаляване на консервантите, като същевременно се поддържа високо качество на продукта и ефективност на процеса.
За производителите на бои и покрития на водна основа сонаторите на Hielscher предлагат практично и промишлено доказано решение. Тяхната управляемост на процеса, интегриране в поточната линия, интензивен дизайн на поточната клетка, мащабируемост, хигиенна чистота и възпроизводима производителност ги правят отличен избор за едновременна дисперсия и стерилизация на пигменти за бои.

Таблицата по-долу ви дава представа за приблизителния капацитет на обработка на нашите ултразвукови апарати:

Проектиране, производство и консултиране – Качество, произведено в Германия

Ултразвуковите апарати Hielscher са добре известни със своите най-високи стандарти за качество и дизайн. Здравината и лесната работа позволяват безпроблемното интегриране на нашите ултразвукови апарати в промишлени съоръжения. Тежките условия и взискателните условия се справят лесно с ултразвуковите апарати на Hielscher.

Hielscher Ultrasonics е сертифицирана по ISO компания и поставя специален акцент върху високопроизводителните ултразвукови уреди, отличаващи се с най-съвременна технология и удобство за потребителя. Разбира се, ултразвуковите апарати на Hielscher са съвместими с CE и отговарят на изискванията на UL, CSA и RoHs.

Литература / Препратки