Ultrazvukové zmenšení velikosti inkoustu (např. pro inkoustový tisk)

Ultrazvuková kavitace je účinným prostředkem pro dispergování a mikromletí (mokré mletí) inkoustových pigmentů. Ultrazvukové dispergátory se úspěšně používají ve výzkumu i při průmyslové výrobě inkoustů na bázi UV, vody nebo rozpouštědel.

Inkousty dispergované nanodispergovanými v inkoustu

Ultrazvuk je velmi účinný při zmenšování velikosti částic v rozsahu od 500 μm až do cca 10 nm.
Když se k disperzi nanočástic v inkoustovém inkoustu použije ultrazvuk, lze podstatně zlepšit barevný gamut inkoustu, trvanlivost a kvalitu tisku. Proto jsou ultrazvukové inkousty typu sondy široce používány při výrobě inkoustů pro inkousty obsahující nanočástice, speciálních inkoustů (např. vodivých inkoustů, 3D tisknutelných inkoustů, tetovacích barev) a barev.
 

Níže uvedené grafy ukazují příklad pro nesonikované vs. ultrazvukově dispergované černé pigmenty v inkoustu pro inkoustové tiskárny. Ultrazvukové ošetření bylo provedeno ultrazvukovou sondou UIP1000hdT. Výsledkem ultrazvukového ošetření je viditelně menší velikost částic a velmi úzká distribuce velikosti částic.

Ultrazvuková disperze má za následek výrazně menší a rovnoměrnější inkoustové pigmenty. (Zelený graf: před sonikací – Červený graf: po sonikaci)

Jak ultrazvuková disperze zlepšuje kvalitu inkoustu pro inkoustové tiskárny?

Ultrasonicators s vysokou intenzitou jsou vysoce účinné pro disperzi, zmenšení velikosti a rovnoměrnou distribuci nanočástic.
To znamená, že rozprašování nanočástic ultrazvukem v inkoustu pro inkoust může zlepšit jeho výkon a trvanlivost. Nanočástice jsou velmi malé částice o velikosti v rozmezí 1 až 100 nanometrů a mají jedinečné vlastnosti, které mohou vylepšit inkoust pro inkoust několika způsoby.

• Za prvé, nanočástice mohou zlepšit barevný gamut inkoustu pro inkoustové tiskárny, což se týká rozsahu barev, které lze vyrobit. Když jsou nanočástice rovnoměrně dispergovány ultrazvukovým zařízením typu sondy, inkoust následně vykazuje živější a sytější barvy. Je to proto, že nanočástice mohou rozptylovat a odrážet světlo způsoby, které tradiční barviva a pigmenty nedokážou, což vede ke zlepšení reprodukce barev.
• Za druhé, homogenně dispergované nanočástice mohou zvýšit odolnost inkoustu pro inkoust proti vyblednutí, vodě a rozmazání. Je to proto, že nanočástice se mohou pevněji spojit s papírem nebo jiným substrátem a vytvořit odolnější a déle trvající obraz. Nanočástice navíc mohou zabránit prosakování inkoustu do papíru, což může způsobit rozmazání a snížit ostrost tištěného obrazu.
• A konečně, ultrazvukem dispergované nanočástice mohou také zlepšit kvalitu tisku a rozlišení inkoustu pro inkoustové tiskárny. Ultrazvukové dispergátory jsou výjimečně účinné, pokud jde o mletí a míchání nanočástic v kapalinách. Použitím menších částic může inkoust vytvářet jemnější a přesnější linie, což má za následek ostřejší a jasnější obrazy. To je důležité zejména v aplikacích, jako je vysoce kvalitní tisk fotografií a umělecký tisk.

Kontrola nad procesními parametry a výsledky disperze

Velikost částic a distribuce velikosti částic inkoustových pigmentů ovlivňují mnoho vlastností produktu, jako je síla tónování nebo kvalita tisku. Pokud jde o inkoustový tisk, malé množství větších částic může vést k nestabilitě disperze, sedimentaci nebo selhání inkoustové trysky. Z tohoto důvodu je důležité, aby kvalita inkoustu pro inkoust pro inkoust měla dobrou kontrolu nad procesem zmenšování velikosti používaným ve výrobě.

Inline zpracování nanodisperzí pro inkoustové tiskárny

Hielscher ultrazvukové reaktory se běžně používají in-line. Inkoust z inkoustu je čerpán do nádoby reaktoru. Tam je vystaven ultrazvukové kavitaci s řízenou intenzitou. Doba expozice je dána objemem reaktoru a rychlostí přívodu materiálu. Inline sonikace eliminuje obcházení, protože všechny částice procházejí komorou reaktoru po definované cestě. Vzhledem k tomu, že všechny částice jsou vystaveny identickým parametrům sonikace po stejnou dobu během každého cyklu, ultrazvuku obvykle zužuje a posouvá distribuční křivku, spíše než aby ji rozšiřoval. Ultrazvuková disperze vytváří relativně symetrické distribuce velikosti částic. Obecně platí, že pravý chvost – negativní zkosení křivky způsobené posunem k hrubým materiálům (vpravo "chvost") – nelze pozorovat u sonikovaných vzorků.

Disperze při kontrolovaných teplotách: Procesní chlazení

Pro vozidla citlivá na teplotu nabízí Hielscher opláštěné reaktory s průtokovými články pro všechna laboratorní a průmyslová zařízení. Chlazením vnitřních stěn reaktoru lze efektivně odvádět procesní teplo.

Níže uvedené obrázky ukazují pigment sazí dispergovaný ultrazvukovou sondou UIP1000hdT v UV inkoustu.

Ultrazvuková disperze zajišťuje efektivní snížení velikosti částic a rovnoměrné rozložení pigmentů sazí v UV inkoustu.

Dispergace a deaglomerace inkoustů pro inkousty pro tisk v jakémkoli měřítku

Hielscher vyrábí ultrazvukové dispergační zařízení pro zpracování inkoustů v jakémkoli objemu. Ultrazvukové laboratorní homogenizátory se používají pro objemy od 1,5 ml do cca 2 l a jsou ideální pro fázi R + D inkoustových formulací i pro testování kvality. Kromě toho test proveditelnosti v laboratoři umožňuje přesně vybrat požadovanou velikost zařízení pro komerční výrobu.
Průmyslové ultrazvukové dispergátory se používají ve výrobě pro šarže od 0,5 do cca 2000 l nebo průtoky od 0,1 l do 20 m³ za hodinu. Na rozdíl od jiných dispergačních a frézovacích technologií lze ultrazvuku snadno škálovat, protože všechny důležité parametry procesu lze škálovat lineárně.

Níže uvedená tabulka ukazuje obecná doporučení ultrasonikator v závislosti na objemu dávky nebo průtoku, který má být zpracován.

 
Jak fungují ultrazvukové dispergátory? – Princip činnosti akustické kavitace
Ultrazvuková kavitace je proces, který využívá vysokofrekvenční zvukové vlny k vytváření malých plynových bublin v kapalině. Když jsou bubliny vystaveny vysokému tlaku, mohou se zhroutit nebo implodovat a uvolnit výbuch energie. Tato energie může být použita k rozptýlení částic v kapalině a jejich rozkladu na menší velikosti.
Při ultrazvukové kavitaci jsou zvukové vlny generovány ultrazvukovým měničem, který je obvykle namontován na sondě nebo houkačce. Převodník přeměňuje elektrickou energii na mechanickou energii ve formě zvukových vln, které jsou následně přenášeny do kapaliny přes sondu nebo klakson. Když zvukové vlny dosáhnou kapaliny, vytvoří vysokotlaké vlny, které mohou způsobit implodaci plynových bublin.
Existuje několik potenciálních aplikací pro ultrazvukovou kavitaci v disperzních procesech, včetně výroby emulzí, disperze pigmentů a plniv a deaglomerace částic. Ultrazvuková kavitace může být účinným způsobem disperze částic, protože může generovat vysoké smykové síly a vstup energie, stejně jako další důležité parametry procesu, jako je teplota a tlak, lze přesně řídit, což umožňuje přizpůsobit proces specifickým potřebám aplikace. Toto přesné řízení procesu je jednou z významných výhod sonikace, protože vysoce kvalitní produkty mohou být spolehlivě a reprodukovatelně vyráběny a je zabráněno nežádoucí degradaci částic nebo kapaliny.

Robustní a snadno se čistí

Ultrazvukový reaktor se skládá z reaktorové nádoby a ultrazvukové sonotrody. Jedná se o jediný díl, který podléhá opotřebení a lze jej snadno vyměnit během několika minut. Příruby oddělující oscilaci umožňují montáž sonotrody do otevřených nebo uzavřených tlakových nádob nebo průtokových buněk v libovolné orientaci. Nejsou potřeba žádná ložiska. Reaktory s průtočnou buňkou jsou obecně vyrobeny z nerezové oceli a mají jednoduchou geometrii a lze je snadno rozebrat a vymazat. Nejsou zde žádné malé otvory ani skryté rohy.

Ultrazvukový čistič na místě

Ultrazvuková intenzita používaná pro dispergační aplikace je mnohem vyšší než pro typické ultrazvukové čištění. Proto může být ultrazvuková energie použita k podpoře čištění během proplachování a oplachování, protože ultrazvuková kavitace odstraňuje částice a zbytky kapaliny ze sonotrody a ze stěn průtokových buněk.