Ултразвукова кавитация е ефективно средство за диспергиране и microgrinding (мокро фрезоване) на мастило пигменти. Ултразвукови разпръсквачи се използват успешно в научните изследвания, както и в промишленото производство на UV-, вода или разтворител базирани мастиленоструйни мастила.

Нанодиспергирани мастиленоструйни мастила

Ултразвукът е много ефективен при намаляването на размера на частиците в диапазона от 500μm до приблизително 10nm.
Когато ултразвук се използва за разпръскване на наночастици в мастиленоструйно мастило, цветовата гама на мастилото, издръжливост, и качеството на печат могат да бъдат значително подобрени. Ето защо, сонда тип ultrasonicators са широко използвани в производството на наночастици, съдържащи мастиленоструйни мастила, специални мастила (например, проводими мастила, 3D-печатни мастила, татуировки мастила) и бои.
 

Графиките по-долу показва пример за необработени с ултразвук срещу ултразвуково диспергирани черни пигменти в мастилено-струйно мастило. Ултразвукова обработка се извършва с ултразвукова сонда UIP1000hdT. Резултатът от ултразвуковата обработка е видимо по-малък размер на частиците и много тясно разпределение на размера на частиците.

Ултразвукова дисперсия води до значително по-малки и по-равномерни пигменти мастило. (зелена графика: преди ултразвук – червена графика: след ултразвук)

Как ултразвуковата дисперсия подобрява качеството на мастиленоструйното мастило?

Висока интензивност ultrasonicators са високоефективни за дисперсия, намаляване на размера и равномерно разпределение на наночастици.
Това означава, че разпръскването на наночастици с ултразвук в мастилено-струйното мастило може да подобри неговата производителност и издръжливост. Наночастиците са много малки частици с размери 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 мастилено-струйното мастило, което се отнася до гамата от цветове, които могат да бъдат произведени. Когато наночастиците са равномерно диспергирани с ултразвуков апарат тип сонда, мастилото проявява следователно по-ярки и наситени цветове. Това е така, защото наночастиците могат да разпръскват и отразяват светлината по начини, които традиционните багрила и пигменти не могат, което води до подобрено възпроизвеждане на цветовете.
• На второ място, хомогенно диспергираните наночастици могат да увеличат устойчивостта на мастилено-струйното мастило към избледняване, вода и зацапване. 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 кървенето на мастилото в хартията, което може да причини зацапване и да намали остротата на отпечатаното изображение.
• И накрая, ултразвуково диспергирани наночастици също могат да подобрят качеството на печат и разделителната способност на мастиленоструйното мастило. Ултразвуковите разпръсквачи 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 прецизни линии, което води до по-резки и ясни изображения. Това е особено важно в приложения като висококачествен фотопечат и изобразително изкуство.

Контрол върху параметрите на процеса и резултатите от дисперсията

Размерът на частиците и разпределението на размерите на частиците на мастилни пигменти засягат много характеристики на продукта, като сила на оцветяване или качество на печат. Когато става дума за мастилено-струен печат, малко количество по-големи частици може да доведе до дисперсионна нестабилност, утаяване или мастилено-струен дюзи. Поради тази причина е важно качеството на мастилото за мастило да има добър контрол върху процеса на намаляване на размера, използван при производството.

Вградена обработка на нанодисперсии за мастиленоструйни мастила

Hielscher ултразвукови реактори обикновено се използват в линия. Мастиленоструйното мастило се изпомпва в корпуса на реактора. Там той е изложен на ултразвукова кавитация при контролиран интензитет. Времето на експозиция е резултат от обема на реактора и скоростта на подаване на материала. Вградената ултразвук елиминира заобикалянето, защото всички частици преминават през камерата на реактора, следвайки определен път. Тъй като всички частици са изложени на идентични параметри на ултразвук за едно и също време по време на всеки цикъл, ултразвук обикновено стеснява и измества кривата на разпределение, вместо да го разширява. Ултразвукова дисперсия произвежда относително симетрични 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 в ултразвукова вана проби.

Дисперсия при контролирани температури: Охлаждане на процеса

За температурно чувствителни средства, Hielscher предлага кожух клетъчни поток реактори за всички лабораторни и промишлени изделия. Чрез охлаждане на стените на вътрешния реактор, процес топлина да бъде разсеяна ефективно.

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

Ултразвукова дисперсия осигурява ефективно намаляване на размера на частиците и равномерно разпределение на въглеродни черни пигменти в UV мастило.

Диспергиране и деагломерация на мастиленоструйни мастила във всякакъв мащаб

Hielscher прави ултразвуково диспергиращо оборудване за обработка на мастила при всякакъв обем. Ултразвукови лабораторни хомогенизатори се използват за обеми от 1.5mL до прибл. 2L и са идеални за R + D етап на мастило формулировки, както и за тестване на качеството. Освен това, тестът за осъществимост в лабораторията позволява точно да се избере необходимият размер на оборудването за търговско производство.
Промишлени ултразвукови разпръсквачи се използват в производството за партиди от 0.5 до около 2000L или дебити от 0.1L до 20m³ на час. За разлика от други диспергиращи и фрезови технологии, ултразвук може да се мащабира лесно, тъй като всички важни параметри на процеса могат да бъдат мащабирани линейно.

Таблицата по-долу показва общи препоръки за ултразвук в зависимост от обема на партидата или дебита, който трябва да бъде обработен.

 
Как работят ултразвуковите разпръсквачи? – Принципът на работа на акустична кавитация
Ултразвукова 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 сринат или да се сринат, освобождавайки прилив 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 рог. 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 течността, те създават вълни с високо налягане, които могат да накарат газовите мехурчета да се спукат.
Има няколко потенциални приложения за ултразвукова кавитация в дисперсионни процеси, включително производството на емулсии, дисперсията на пигменти и пълнители и деагломерацията на частици. Ултразвукова кавитация може да бъде ефективен начин за диспергиране на частици, тъй като тя може да генерира високи сили на срязване и енергия вход, както и други важни параметър на процеса като температура и налягане могат да бъдат прецизно контролирани, което прави възможно да се приспособи процеса към специфичните нужди на приложението. Този прецизен контрол на процеса е едно от най-важните предимства на ултразвук, тъй като висококачествените продукти могат да бъдат надеждни и възпроизводимо произведени и се избягва всяко нежелано разграждане на частици или течност.

Здрава и лесна за почистване

Ултразвуков реактор се състои от корпуса на реактора и ултразвуков издатина. Това е единствената част, която подлежи на износване и може лесно да бъде заменена в рамките на минути. Осцилиращо-разединяващите фланци позволяват да се монтира издатината в отворени или затворени контейнери под налягане или поточни клетки във всякаква ориентация. Не са необходими лагери. Реакторите с поточни клетки обикновено са изработени от неръждаема стомана и имат прости геометрии и лесно могат да бъдат разглобени и заличени. Няма малки отвори или скрити ъгли.

Ултразвукова Cleaner в Място

Ултразвуковата интензивност, използвана за диспергиращи приложения, е много по-висока, отколкото за типично 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 течни остатъци от издатината и от клетъчните стени на потока.