Sterilizace a disperze nátěrů na vodní bázi bez použití biocidů

Nátěrové hmoty na vodní bázi jsou široce používány, protože podporují složení s nízkým obsahem těkavých organických látek, bezpečnější manipulaci a udržitelnější výrobu. Současně jsou však díky obsahu vody velmi náchylné k mikrobiální kontaminaci. Bakterie, kvasinky a plísně se do výrobku mohou dostat prostřednictvím surovin, nádrží, potrubí, plnicích systémů nebo působením okolního prostředí během výroby a skladování. Jakmile dojde ke kontaminaci, mikroorganismy se mohou rychle množit a ohrozit kvalitu i trvanlivost výrobku.
Proto je mikrobiální stabilita kritickým faktorem kvality vodou ředitelných barev, nátěrových hmot, inkoustů a pigmentových disperzí.

Sonikace kombinuje dispergaci pigmentů a kontrolu mikrobů v jednom průmyslovém procesu

Výrobci se tradičně spoléhají na konzervační látky a biocidy v plechovkách, aby omezili kažení. Rostoucí tlak regulačních orgánů a zvyšující se poptávka po čistších přípravcích však vede k hledání alternativ. Vysoce intenzivní sonikace nabízí vysoce účinné řešení, protože umožňuje současnou dispergaci a sterilizaci v jednom procesním kroku.
Pro výrobce nátěrových hmot to znamená, že ultrazvukové zpracování není pouze disperzní technologií. Je to také výkonný procesní nástroj pro zlepšení mikrobiologické stability a zároveň podporuje strategie formulací s nízkým obsahem biocidů nebo bez biocidů.

Proč je mikrobiální stabilita u vodou ředitelných nátěrových hmot průmyslově důležitá?

Mikrobiální kontaminace přímo ovlivňuje kvalitu výrobků a spolehlivost procesů: Mikrobiální stabilita nátěrových hmot má velký průmyslový význam, protože mikrobiální růst může vyvolat řadu vad výrobků a výrobních problémů. Receptury na bázi vody často obsahují organické složky, jako jsou pojiva, dispergátory, smáčedla, zahušťovadla a odpěňovače. Tyto složky mohou vytvářet příznivé prostředí pro růst mikroorganismů, pokud dojde ke kontaminaci během zpracování nebo skladování.

V průmyslové praxi může nedostatečná mikrobiální kontrola vést k:

• drift viskozity a změny pH
• tvorba plynu a bobtnání nádob
• nepříjemný zápach a změna barvy
• snížená skladovací stabilita
• vady filmu a nekonzistentní chování aplikace
• zvýšená četnost čištění a prostoje související s kontaminací

Mikrobiální kažení nepoškozuje pouze výrobek. Může také způsobit opakující se hygienické problémy v nádržích, potrubích a recirkulačních smyčkách, což vede ke ztrátám ve výrobě, přepracování, reklamacím zákazníků a nákladům na likvidaci. Z tohoto důvodu není mikrobiální stabilita druhotnou vlastností. Je základním požadavkem pro komerčně úspěšné nátěry na bázi vody.

Jak funguje sonikace v nátěrových hmotách na bázi vody

Akustická kavitace vytváří intenzivní smyk a narušuje mikrobiální prostředí: Vysoce výkonný ultrazvuk působí prostřednictvím akustické kavitace. Při průchodu ultrazvukových vln kapalinou se tvoří mikroskopické bublinky, které rostou a implodují. Tyto kavitační jevy vytvářejí vysoce lokalizované smykové síly, turbulence, změny tlaku a mikrotrysky.
U nátěrů na bázi vody jsou tyto účinky cenné, protože působí současně na částice i mikroorganismy. Aglomeráty pigmentů se účinně rozkládají na jemnější částice, zatímco mikrobiální buňky jsou mechanicky poškozeny a inaktivovány. Díky tomu je sonikace zvláště atraktivní pro přípravky, u nichž je zásadní jak kvalita disperze, tak mikrobiální stabilita.

Jeden procesní krok zajišťuje dvě důležité funkce

Místo toho, aby se disperze pigmentu a kontrola mikrobů považovaly za samostatné úkoly, sonikace je spojuje do jediné operace. Tento dvojí účinek nabízí jasnou průmyslovou výhodu.

Stejná ultrazvuková energie, která deaglomeruje shluky pigmentů a rovnoměrně rozptyluje částice, může také snížit životaschopnou mikrobiální zátěž v nátěru. V důsledku toho sonikace podporuje:

• jemnější a rovnoměrnější rozptýlení pigmentu
• lepší barevná síla a optická konzistence
• snížení mikrobiální kontaminace během zpracování
• lepší skladovací stabilita výrobků na bázi vody
• nižší závislost na konzervačních látkách a biocidních přípravcích v plechovkách.

Sonikace je proto velmi důležitá pro vývoj udržitelnějších a čistších nátěrových systémů.
 

Ultrazvukově dispergovaný oxid křemičitý: červená křivka – neošetřeno; zelená křivka: po ultrazvukové dispergaci

Výhody současné dispergace a sterilizace nátěrových pigmentů

1. Lepší kvalita disperze zlepšuje výkonnost povlaku
   Pigmenty a plniva často vytvářejí aglomeráty, které se při nedostatečné mechanické energii obtížně rozbíjejí. Sonikace poskytuje intenzivní a cílený smyk, takže je velmi účinná pro deaglomeraci a zmenšení velikosti částic. Jemnější disperze může zlepšit několik výkonnostních charakteristik konečného nátěru, včetně vývoje barvy, kryvosti, lesku a dlouhodobé stability.
2. Současná sterilizace podporuje redukci biocidů
   Zároveň může ultrazvuková kavitace poškodit mikrobiální buňky přítomné v kapalné fázi. To snižuje kontaminaci v proudu produktu a pomáhá zlepšit mikrobiální stabilitu, aniž by se spoléhalo výhradně na chemickou konzervaci. Pro výrobce, kteří usilují o systémy s nízkým obsahem biocidů nebo bez nich, je to významná výhoda procesu.
3. Intenzifikace procesů snižuje složitost
   Spojení dvou klíčových cílů procesu v jednom inline kroku zjednodušuje výrobu. Namísto přidávání samostatných stupňů ošetření pro dispergaci a mikrobiální kontrolu mohou výrobci nátěrových hmot integrovat oba tyto procesy do jednoho řízeného procesu sonikace. To snižuje manipulaci, podporuje čistší výrobu a zlepšuje reprodukovatelnost.

Proč získává zpracování bez biocidů na významu

Regulační, environmentální a tržní požadavky mění formulační strategie.
Přechod k nátěrům s nízkým obsahem biocidů a bez biocidů je způsoben několika průmyslovými faktory. Regulační rámce jsou stále přísnější, očekávání v oblasti životního prostředí se zvyšují a zákazníci požadují bezpečnější a udržitelnější výrobky s menším množstvím rizikových látek.
V této souvislosti získávají technologie fyzikálních procesů strategický význam. Sonikace je obzvláště atraktivní, protože nenahrazuje pouze jednu přísadu jinou. Zavádí nechemický princip úpravy, který zlepšuje disperzi i mikrobiální stabilitu prostřednictvím mechanické energie.

Pro formulátory a vedoucí výroby to přináší několik výhod:

• podpora udržitelnějších koncepcí výrobků
• snížená závislost na konvenčních konzervačních látkách
• zlepšení hygieny procesu
• silnější pozice pro novou generaci nátěrů na bázi vody

Proč jsou sonikátory Hielscher nejlepším řešením pro průmyslovou výrobu nátěrových hmot

Přesná kontrola pro reprodukovatelné podmínky zpracování

Sonikátory Hielscher jsou určeny pro řízení průmyslových procesů. Při výrobě nátěrových hmot je přesná kontrola parametrů sonikace nezbytná, protože chování receptury závisí na typu pigmentu, obsahu pevných látek, viskozitě, teplotě, průtoku a intenzitě ošetření.

Systémy Hielscher umožňují přesné nastavení důležitých procesních parametrů, jako jsou:

• amplituda
• tlak
• průtok / doba zdržení
• teplota
• Vstupní spotřeba energie

Tato přesnost umožňuje výrobcům optimalizovat disperzi pigmentu, čímž se zlepšuje kvalita složení a dosahuje se reprodukovatelného snížení mikrobiální zátěže.

SEM snímky vegetativních buněk B. subtilis před (a) a po 30minutovém ozáření ultrazvukem (b), (c).
Studie a obrázek: © Hashimoto et al., 2020

Průtokové buňky s tlakem pro intenzivnější sonikaci

Zvýšený tlak zvyšuje intenzitu kavitace
Klíčovou výhodou technologie Hielscher je použití reaktorů s průtokovými komorami, které lze natlakovat. Tlak má silný vliv na kavitační chování. Při zvýšeném tlaku je kavitace intenzivnější a účinnější, což je zvláště cenné pro náročné disperze a kontinuální mikrobiální inaktivaci.

Podpora průtokových buněk s možností natlakování:

• zesílené ošetření ultrazvukem
• účinnější deaglomerace
• vyšší efektivita procesů
• vyšší výkon v nepřetržitém provozu

Pro průmyslové lakovny to znamená, že ultrazvukové ošetření lze vyladit nejen pro laboratorní měřítko, ale také pro skutečnou výrobní kapacitu a požadavky na výrobky.

Inline zpracování pro kontinuální výrobu

Sonikaci lze integrovat přímo do výrobní linky
Sonikátory Hielscher jsou velmi vhodné pro inline zpracování. To umožňuje kontinuální zpracování nátěrů na bázi vody při jejich průchodu výrobním systémem. Inline sonikace se dobře hodí do průmyslové výroby, protože se vyhýbá zbytečné manipulaci s dávkami a lze ji integrovat do přenosových smyček, recirkulačních systémů nebo vyhrazených technologických linek.

Inline zpracování nabízí jasné provozní výhody:

• nepřetržitá léčba za definovaných podmínek
• snadnější integrace do stávajících provozů
• snížené množství ruční manipulace
• vyšší efektivita a konzistence procesů

Pro výrobce nátěrových hmot se tak sonikace stává praktickou výrobní technologií, nikoli pouze laboratorní metodou.

Rozprašovaný TiO2 před a po ultrazvukovém frézování

Lineární škálovatelnost z laboratoře do průmyslové výroby

Procesní parametry lze spolehlivě přenášet napříč měřítky
Rozšiřování je při vývoji procesů zásadní otázkou. Ultrazvukové systémy Hielscher jsou navrženy pro lineární škálovatelnost, což znamená, že podmínky procesu stanovené v laboratorním nebo pilotním měřítku lze systematicky převádět do průmyslové výroby.
To je důležité zejména pro společnosti vyvíjející inovativní nátěry s nízkým obsahem biocidů, protože to snižuje riziko při implementaci a pomáhá urychlit komercializaci.

Mezi výhody lineární škálovatelnosti patří:

• snazší vývoj procesů
• spolehlivý přenos z R&D do výroby
• předvídatelný výkon při větší propustnosti
• nižší nejistota při rozšiřování

Snadné čištění a hygienický design procesu

Pokud je cílem mikrobiální stabilita, záleží na čistitelnosti.
Pokud je kontrola mikrobů klíčovým cílem procesu, je hygiena zařízení ještě důležitější. Sonikátory Hielscher jsou navrženy pro praktické průmyslové čištění a jednoduchou integraci do hygienického procesního prostředí.

Výrobcům pomáhá snadné čištění:

• snížení rizika kontaminace zařízení
• podpora důsledné mikrobiální kontroly
• zkrácení úklidu a údržby
• zvýšení spolehlivosti procesu v opakovaných výrobních cyklech

U nátěrů na bázi vody, kde může kontaminace přetrvávat v nádržích, mrtvých zónách a přenosových systémech, přispívá snadno čistitelné ultrazvukové zařízení přímo ke stabilitě produktu a provozní odolnosti.

Sonikovaná křídová barva na grindometru demonstruje dokonale rovnoměrnou deaglomeraci a distribuci velikosti částic pigmentů

Reprodukovatelné výsledky pro průmyslové zajištění kvality

Pro výrobce nátěrů je zásadní konzistence
Průmyslová výroba barev vyžaduje vysoce reprodukovatelné výsledky procesu. Optické vlastnosti, reologie, skladovatelnost a mikrobiologická stabilita musí zůstat konzistentní mezi jednotlivými šaržemi a po dlouhou dobu výroby.

Sonikátory Hielscher poskytují reprodukovatelné ultrazvukové podmínky, které podporují:

• rovnoměrná disperze pigmentu
• stabilní zmenšování velikosti částic
• důsledné mikrobiální ošetření
• spolehlivou kvalitu výrobků napříč výrobními sériemi

Tato reprodukovatelnost je nezbytná pro validaci procesu, zajištění kvality a průmyslové využití ultrazvukové technologie.

Sonikace jako strategická technologie pro moderní nátěrové hmoty na vodní bázi

Průmysl nátěrových hmot se posouvá směrem k formulacím, které jsou udržitelnější, obsahují méně nebezpečných přísad a mají lepší vlastnosti. Sonikace se do tohoto směru mimořádně dobře hodí, protože řeší dva hlavní výrobní problémy najednou: potřebu účinné dispergace pigmentu a potřebu mikrobiální stability.
Spojením těchto funkcí do jednoho procesního kroku pomáhá sonikace výrobcům zjednodušit výrobu, zlepšit kvalitu povlaku a snížit závislost na konvenčních konzervačních systémech. Díky tomu je ultrazvuková úprava velmi atraktivní pro architektonické nátěry, průmyslové nátěry, funkční disperze, inkousty a související systémy na bázi vody.
Sonikátory Hielscher poskytují průmyslovou platformu potřebnou k realizaci této strategie v praxi. Jejich přesné řízení, tlakovatelné průtokové buňky, inline schopnost, lineární škálovatelnost, snadné čištění a reprodukovatelné výsledky je činí obzvláště vhodnými pro náročné aplikace nanášení povlaků.

Využijte výhod ultrazvukové dispergace a sterilizace nátěrů

Sterilizace a dispergace nátěrových hmot na vodní bázi bez použití biocidů pomocí sonikace je velmi slibným přístupem pro moderní výrobu nátěrových hmot. Sonikace zlepšuje dispergaci pigmentu, snižuje mikrobiální zátěž a podporuje vyšší stabilitu výrobku v rámci jednoho integrovaného procesu. Tato kombinace je obzvláště cenná v průmyslu, který je pod rostoucím tlakem na snižování množství konzervačních látek při zachování vysoké kvality výrobků a efektivity procesu.
Pro výrobce vodou ředitelných barev a nátěrů nabízí sonikátory Hielscher praktické a průmyslově osvědčené řešení. Jejich kontrolovatelnost procesu, inline integrace, zesílená konstrukce průtokové buňky, škálovatelnost, hygienická čistitelnost a reprodukovatelný výkon z nich činí vynikající volbu pro současnou dispergaci a sterilizaci nátěrových pigmentů.

Níže uvedená tabulka vám poskytuje přibližný přehled o zpracovatelské kapacitě našich ultrasonicators:

Projekce, výroba a poradenství – Kvalita Made in Germany

Hielscher ultrasonicators jsou dobře známí pro své nejvyšší standardy kvality a designu. Robustnost a snadná obsluha umožňují hladkou integraci našich ultrazvukových zařízení do průmyslových zařízení. Drsné podmínky a náročná prostředí jsou snadno zvládnutelné Hielscher ultrasonikators.

Hielscher Ultrasonics je společnost certifikovaná ISO a klade zvláštní důraz na vysoce výkonné ultrasonicators s nejmodernější technologií a uživatelskou přívětivostí. Samozřejmě, Hielscher ultrasonicators jsou v souladu s CE a splňují požadavky UL, CSA a RoHs.

Literatura / Reference