Ултразвуково намаляване на размера на мастилото (напр. за мастиленоструйни принтери)

Ултразвуковата кавитация е ефективно средство за диспергиране и микросмилане (мокро смилане) на мастилени пигменти. Ултразвуковите диспергатори се използват успешно в научните изследвания, както и в промишленото производство на мастиленоструйни мастила на UV-, водна или солвентна основа.

Нанодиспергирани мастиленоструйни мастила

Ултразвукът е много ефективен при намаляване на размера на частиците в диапазона от 500 μm до приблизително 10 nm.
Когато ултразвукът се използва за разпръскване на наночастици в мастиленоструйното мастило, цветовата гама на мастилото, издръжливостта и качеството на печат могат да бъдат значително подобрени. Поради това ултразвуковите апарати тип сонда се използват широко в производството на мастиленоструйни мастила, съдържащи наночастици, специални мастила (напр. проводими мастила, мастила за 3D печат, мастила за татуировки) и бои.
 

Графиките по-долу показват пример за незвукови срещу ултразвуково диспергирани черни пигменти в мастиленоструйно мастило. Ултразвуковото лечение е извършено с ултразвуковата сонда UIP1000hdT. Резултатът от ултразвуковата обработка е видимо по-малък размер на частиците и много тясно разпределение на размера на частиците.

Ултразвуковата дисперсия води до значително по-малки и по-еднородни мастилени пигменти. (зелена графика: преди ултразвука – червена графика: след ултразвук)

Как ултразвуковата дисперсия подобрява качеството на мастиленоструйното мастило?

Високоинтензивните ултразвукови апарати са високоефективни за дисперсия, намаляване на размера и равномерно разпределение на наночастиците.
Това означава, че наночастиците с ултразвук в мастиленоструйното мастило може да подобри неговата производителност и издръжливост. Наночастиците са много малки частици с размери в диапазона от 1 до 100 нанометра и имат уникални свойства, които могат да подобрят мастиленоструйното мастило по няколко начина.

• Първо, наночастиците могат да подобрят цветовата гама на мастиленоструйното мастило, което се отнася до гамата от цветове, които могат да бъдат произведени. Когато наночастиците се диспергират равномерно с ултразвуков ултразвук тип сонда, мастилото показва по-живи и наситени цветове. Това е така, защото наночастиците могат да разпръскват и отразяват светлината по начини, по които традиционните багрила и пигменти не могат, което води до подобрено възпроизвеждане на цветовете.
• Второ, хомогенно диспергираните наночастици могат да увеличат устойчивостта на мастиленоструйното мастило към избледняване, вода и размазване. Това е така, защото наночастиците могат да се свържат по-силно с хартията или друг субстрат, създавайки по-трайно и по-дълготрайно изображение. Освен това наночастиците могат да предотвратят изтичането на мастилото в хартията, което може да причини размазване и да намали остротата на отпечатаното изображение.
• И накрая, ултразвуково диспергираните наночастици също могат да подобрят качеството на печат и разделителната способност на мастиленоструйното мастило. Ултразвуковите диспергатори са изключително ефективни, когато става въпрос за смилане и смесване на наночастици в течности. Използвайки по-малки частици, мастилото може да създаде по-фини и по-прецизни линии, което води до по-ясни и ясни изображения. Това е особено важно в приложения като висококачествен фотопечат и печат на изобразително изкуство.

Контрол върху параметрите на процеса и резултатите от дисперсията

Размерът на частиците и разпределението на размера на частиците на мастилените пигменти влияят върху много характеристики на продукта, като якост на оцветяване или качество на печат. Когато става въпрос за мастиленоструен печат, малко количество по-големи частици може да доведе до нестабилност на дисперсията, утаяване или повреда на мастиленоструйната дюза. Поради тази причина е важно качеството на мастиленоструйното мастило да има добър контрол върху процеса на намаляване на размера, използван в производството.

Вградена обработка на нанодисперсии за мастиленоструйни мастила

Ултразвуковите реактори на Hielscher обикновено се използват в линията. Мастиленоструйното мастило се изпомпва в корпуса на реактора. Там се излага на ултразвукова кавитация с контролирана интензивност. Времето на експозиция е резултат от обема на реактора и скоростта на подаване на материала. Вградената ултразвук елиминира заобикалянето, тъй като всички частици преминават през камерата на реактора, следвайки определен път. Тъй като всички частици са изложени на еднакви параметри на ултразвук за едно и също време по време на всеки цикъл, ултразвукът обикновено стеснява и измества кривата на разпределение, вместо да я разширява. Ултразвуковата дисперсия произвежда относително симетрично разпределение на размера на частиците. Като цяло дясната опашка – отрицателно изкривяване на кривата, причинено от изместване към грубите материали ("опашка" вдясно) – не може да се наблюдава при ултразвукови проби.

Дисперсия при контролирани температури: Процесно охлаждане

За чувствителни към температурата превозни средства Hielscher предлага реактори с проточни клетки с кожух за всички лабораторни и промишлени устройства. Чрез охлаждане на вътрешните стени на реактора технологичната топлина може да се разсейва ефективно.

Изображенията по-долу показват сажди пигмент, диспергиран с ултразвуковата сонда UIP1000hdT в UV мастило.

Ултразвуковата дисперсия осигурява ефективно намаляване на размера на частиците и равномерно разпределение на пигментите в UV мастилото.

Диспергиране и деагломерация на мастиленоструйни мастила във всякакъв мащаб

Hielscher произвежда ултразвуково диспергиращо оборудване за обработка на мастила с всякакъв обем. Ултразвуковите лабораторни хомогенизатори се използват за обеми от 1,5 ml до приблизително 2 l и са идеални за R+D етап на формулировки на мастило, както и за тестове за качество. Освен това, предпроектният тест в лабораторията позволява да се избере точно необходимия размер на оборудването за търговско производство.
Индустриалните ултразвукови диспергатори се използват в производството за партиди от 0,5 до приблизително 2000L или дебити от 0,1L до 20m³ на час. За разлика от другите технологии за диспергиране и фрезоване, ултразвукът може лесно да се мащабира, тъй като всички важни параметри на процеса могат да бъдат мащабирани линейно.

Таблицата по-долу показва общи препоръки за ултразвуков апарат в зависимост от обема на партидата или дебита, който ще се обработва.

 
Как работят ултразвуковите дисперсьори? – Принципът на работа на акустичната кавитация
Ултразвуковата кавитация е процес, който използва високочестотни звукови вълни за генериране на малки газови мехурчета в течност. Когато мехурчетата са подложени на високо налягане, те могат да се срутят или да имплодират, освобождавайки изблик на енергия. Тази енергия може да се използва за разпръскване на частици в течността, като ги разгражда на по-малки размери.
При ултразвукова кавитация звуковите вълни се генерират от ултразвуков преобразувател, който обикновено се монтира на сонда или клаксон. Преобразувателят преобразува електрическата енергия в механична енергия под формата на звукови вълни, които след това се предават в течността чрез сондата или рога. Когато звуковите вълни достигнат до течността, те създават вълни с високо налягане, които могат да доведат до имплозия на газовите мехурчета.
Има няколко потенциални приложения за ултразвукова кавитация в дисперсионни процеси, включително производството на емулсии, дисперсията на пигменти и пълнители и деагломерацията на частици. Ултразвуковата кавитация може да бъде ефективен начин за диспергиране на частици, тъй като може да генерира високи сили на срязване и вложена енергия, както и други важни параметъри на процеса като температура и налягане могат да бъдат прецизно контролирани, което прави възможно приспособяването на процеса към специфичните нужди на приложението. Този прецизен контрол на процеса е едно от основните предимства на ултразвука, тъй като висококачествените продукти могат да бъдат надеждни и възпроизводимо произведени и се избягва всяко нежелано разграждане на частици или течности.

Здрав и лесен за почистване

Ултразвуковият реактор се състои от корпуса на реактора и ултразвуковия сонотрод. Това е единствената част, която подлежи на износване и може лесно да бъде заменена в рамките на минути. Фланците за разделяне на осцилацията позволяват монтирането на сонотрода в отворени или затворени контейнери под налягане или проточни клетки във всякаква ориентация. Не са необходими лагери. Реакторите с поточни клетки обикновено са изработени от неръждаема стомана и имат проста геометрия и могат лесно да бъдат разглобени и унищожени. Няма малки отвори или скрити ъгли.

Ултразвуков почистващ препарат на място

Ултразвуковият интензитет, използван за диспергиращи приложения, е много по-висок, отколкото при типичното ултразвуково почистване. Следователно ултразвуковата мощност може да се използва за подпомагане на почистването по време на промиване и изплакване, тъй като ултразвуковата кавитация премахва частици и остатъци от течности от сонотрода и от стените на поточната клетка.