Ultrazvučna kavitacija je efikasno sredstvo za raspršivanje i mikrobrušenje (mokro glodanje) pigmenata mastila. Ultrazvučni disperzatori se uspešno koriste u istraživanjima, kao i u industrijskoj proizvodnji mastila na bazi UV, vode ili rastvarača.

Nano-disperzirane inkjet tinte

Ultrazvuk je veoma efikasan u smanjenju veličine čestica u rasponu od 500 μm do približno 10 nm.
Kada se ultrazvučnost koristi za raspršivanje nanočestica u inkjet mastilu, opseg boja mastila, trajnost i kvalitet štampe mogu se značajno poboljšati. Zbog toga se ultrazvučnici tipa sonde široko koriste u proizvodnji mastila koje sadrže nanočestice, specijalnih mastila (npr. provodnih mastila, mastila za 3D štampanje, mastila za tetoviranje) i boja.
 

Grafikoni ispod prikazuju primjer za nesonicirane vs ultrazvučno raspršene crne pigmente u inkjet tinti. Ultrazvučni tretman je izveden ultrazvučnom sondom UIP1000hdT. Rezultat ultrazvučnog tretmana je vidno manja veličina čestica i vrlo uska distribucija veličine čestica.

Ultrazvučna disperzija rezultira znatno manjim i ujednačenijim pigmentima tinte. (Zeleni grafikon: prije sonicationa) – Crveni graf: nakon sonicacije

Kako ultrazvučna disperzija poboljšava kvalitet inkjet mastila?

Ultrazvučnici visokog intenziteta su visoko efikasni za disperziju, smanjenje veličine i ravnomernu distribuciju nanočestica.
To znači da isperzivanje nanočestica ultrazvukom u inkjet tinti može poboljšati njegove performanse i trajnost. Nanočestice su vrlo male čestice veličine u rasponu od 1 do 100 nanometara, a imaju jedinstvena svojstva koja mogu poboljšati inkjet tintu na nekoliko načina.

• Prvo, nanočestice mogu poboljšati raspon boja inkjet tinte, što se odnosi na raspon boja koje se mogu proizvesti. Kada se nanočestice ravnomerno raspršuju ultrazvučnim spektrom sonde, mastilo pokazuje živopisnije i zasićenije boje. To je zato što nanočestice mogu raspršiti i reflektovati svetlost na načine koje tradicionalne boje i pigmenti ne mogu, što dovodi do poboljšane reprodukcije boja.
• Drugo, homogeno raspršene nanočestice mogu povećati otpornost mastila na blijeđenje, vodu i mrljanje. To je zato što se nanočestice mogu jače vezati sa papirom ili drugim supstratom, stvarajući trajniju i dugotrajniju sliku. Pored toga, nanočestice mogu sprečiti da mastilo iskrvari u papir, što može izazvati mrlje i smanjiti oštrinu štampane slike.
• Na kraju, ultrazvučno raspršene nanočestice takođe mogu poboljšati kvalitet štampe i rezoluciju inkjet mastila. Ultrazvučni disperzeri su izuzetno efikasni kada je u pitanju glodanje i mešanje nanočestica u tečnostima. Koristeći manje čestice, tinta može stvoriti finije i preciznije linije, što rezultira oštrijim i jasnijim slikama. Ovo je posebno važno u aplikacijama kao što su visokokvalitetna štampa fotografija i štampanje likovnih umetnosti.

Kontrola parametara procesa i rezultata disperzije

Veličina čestica i raspodela veličine čestica pigmenta mastila utiču na mnoge karakteristike proizvoda, kao što su čvrstoća nijansiranja ili kvalitet štampe. Kada je u pitanju inkjet štampa, mala količina većih čestica može dovesti do nestabilnosti disperzije, sedimentacije ili otkaza mlaznice. Zbog toga je važno da kvalitet inkjet mastila ima dobru kontrolu nad procesom smanjenja veličine koji se koristi u proizvodnji.

Inline obrada nanodisperzija za inkjet tinte

Hielscher ultrazvučni reaktori se obično koriste u liniji. Inkjet tinta se pumpa u reaktorski brod. Tamo je izložen ultrazvučnoj kavitaciji kontrolisanog intenziteta. Vreme ekspozicije je rezultat zapremine reaktora i brzine hranjenja materijala. Inline sonication eliminira zaobilaženje jer sve čestice prolaze kroz reaktorsku komoru prateći definiranu putanju. Kako su sve čestice izložene identičnim parametrima sonifikacije u isto vreme tokom svakog ciklusa, ultrazvučnost obično sužava i pomera krivu distribucije, umesto da je proširuje. Ultrazvučna disperzija proizvodi relativno simetričnu raspodelu veličine čestica. Općenito, desno praćenje. – negativni iskrivljeni krivulja uzrokovan pomakom na grube materijale ("rep" s desne strane) – ne može se uočiti na sonicated uzoraka.

Disperzija pod kontrolisanim temperaturama: procesno hlađenje

Za vozila temperaturno osjetljive, Hielscher nudi jaknama toka ćelija reaktori za sve laboratorijske i industrijske uređajima. Hlađenjem unutrašnje reaktora zidova, proces topline može efikasno rasipa.

Slike ispod prikazuju ugljenični crni pigment raspršen ultrazvučnom sondom UIP1000hdT u UV mastilu.

Ultrazvučna disperzija osigurava efikasno smanjenje veličine čestica i ravnomjernu distribuciju ugljičnih crnih pigmenata u UV tinti.

Disperzija i deaglomeracija inkjet mastila na bilo kojoj skali

Hielscher proizvodi opremu za ultrazvučnu disperziju za obradu tinte u bilo kojoj zapremini. Ultrazvučni laboratorijski homogenizatori se koriste za zapremine od 1,5 ml do cca 2L i idealni su za R+D fazu formulacija mastila, kao i za ispitivanje kvaliteta. Pored toga, ispitivanje izvodljivosti u laboratoriji omogućava precizno odabir potrebne veličine opreme za komercijalnu proizvodnju.
Industrijski ultrazvučni disperzatori se koriste u proizvodnji za serije od 0,5 do cca 2000L ili brzine protoka od 0,1L do 20m³ na sat. Za razliku od drugih tehnologija disperzije i glodanja, ultrazvučnost se može lako povećati, jer se svi važni parametri procesa mogu linearno skalirati.

Tabela ispod prikazuje opšte preporuke ultrazvučnika u zavisnosti od zapremine serije ili brzine protoka koja se obrađuje.

 
Kako funkcionišu ultrazvučni disperzi? – Radni princip akustične kavitacije
Ultrazvučna kavitacija je proces koji koristi visokofrekventne zvučne talase za generisanje malih mehurića gasa u tečnosti. Kada su mehurići izloženi visokom pritisku, oni mogu da se uruše ili implodiraju, oslobađajući prasak energije. Ova energija se može koristiti za raspršivanje čestica u tečnosti, razlažući ih na manje veličine.
U ultrazvučnoj kavitaciji, zvučni talasi se generišu ultrazvučnim pretvaračem, koji se obično montira na sondu ili rog. Transduktor pretvara električnu energiju u mehaničku energiju u obliku zvučnih talasa, koji se zatim prenose u tečnost kroz sondu ili rog. Kada zvučni talasi dođu do tečnosti, oni stvaraju talase visokog pritiska koji mogu izazvati implodaciju mehurića gasa.
Postoji nekoliko potencijalnih primjena za ultrazvučnu kavitaciju u procesima disperzije, uključujući proizvodnju emulzija, disperziju pigmenata i punila i deaglomeraciju čestica. Ultrazvučna kavitacija može biti efikasan način za raspršivanje čestica jer može generisati visoke sile smicanja i unos energije, kao i druge važne parametre procesa kao što su temperatura i pritisak, što omogućava prilagođavanje procesa specifičnim potrebama primene. Ova precizna kontrola procesa jedna je od istaknutih prednosti sonicacije jer se visokokvalitetni proizvodi mogu pouzdano i reproducibilno proizvesti i izbjegava se svaka neželjena degradacija čestica ili tekućine.

Robustan i lako se čiste

Ultrazvučni reaktor se sastoji od reaktorskog broda i ultrazvučne sonotrode. Ovo je jedini deo koji je podložan nošenju i može se lako zameniti u roku od nekoliko minuta. Oscilacijsko-razdvajajuće prirubnice omogućavaju montiranje sonotrode u otvorene ili zatvorene kontejnere pod pritiskom ili protočne ćelije u bilo kojoj orijentaciji. Nisu potrebni ležajevi. Reaktori protočnih ćelija su uglavnom izrađeni od nehrđajućeg čelika i imaju jednostavnu geometriju i lako se mogu rastaviti i izbrisati. Nema malih otvora ili skrivenih uglova.

Ultrazvučna u Place

Ultrazvučni intenzitet koji se koristi za raspršivanje aplikacija je mnogo veći nego kod tipičnog ultrazvučnog čišćenja. Zbog toga se ultrazvučna snaga može koristiti za čišćenje tokom ispiranja i ispiranja, jer ultrazvučna kavitacija uklanja čestice i tečne ostatke iz sonotrode i iz zidova ćelija protoka.