Biocidfri sterilisering og dispergering af vandbaserede belægninger

Vandbaserede belægninger anvendes i vid udstrækning, fordi de understøtter formuleringer med lavt VOC-indhold, sikrere håndtering og mere bæredygtig produktion. Samtidig gør deres vandindhold dem meget modtagelige for mikrobiel kontaminering. Bakterier, gærsvampe og skimmelsvampe kan komme ind i produktet via råmaterialer, tanke, rørledninger, påfyldningssystemer eller eksponering for omgivelserne under fremstilling og opbevaring. Når der først opstår kontaminering, kan mikroorganismer hurtigt formere sig og forringe både produktkvaliteten og holdbarheden.
Derfor er mikrobiel stabilitet en afgørende kvalitetsfaktor i vandbaseret maling, belægninger, trykfarver og pigmentdispersioner.

Sonikering kombinerer pigmentdispergering og mikrobiel kontrol i én industriel proces

Traditionelt anvender producenter konserveringsmidler og biocider til konservering i emballagen for at kontrollere fordærv. Men stigende pres fra myndighedskrav og voksende efterspørgsel efter renere formuleringer driver søgningen efter alternativer. Sonikering med høj intensitet tilbyder en særdeles effektiv løsning ved at muliggøre samtidig dispergering og sterilisering i ét procestrin.
For producenter af belægninger betyder det, at ultralydsbehandling ikke kun er en dispergeringsteknologi. Den er også et effektivt procesværktøj til at forbedre den mikrobiologiske stabilitet og samtidig understøtte formuleringsstrategier med lavt biocidindhold eller helt uden biocider.

Hvorfor mikrobiel stabilitet er afgørende i industriel fremstilling af vandbaseret maling

Mikrobiel kontaminering påvirker direkte produktkvaliteten og processens pålidelighed: Malingens mikrobielle stabilitet har stor industriel betydning, fordi mikrobiel vækst kan udløse en række produktfejl og produktionsproblemer. Vandbaserede formuleringer indeholder ofte organiske ingredienser såsom bindemidler, dispergeringsmidler, befugtningsmidler, fortykningsmidler og skumdæmpere. Disse komponenter kan skabe et gunstigt miljø for mikrobiel vækst, hvis der tilføres kontaminering under forarbejdning eller opbevaring.

I industriel praksis kan utilstrækkelig mikrobiel kontrol medføre:

• viskositetsdrift og pH-ændringer
• gasdannelse og opsvulmning af beholdere
• ubehagelig lugt og misfarvning
• reduceret lagerstabilitet
• filmdefekter og uensartede påføringsegenskaber
• for dyppebade – hyppigere rengøring og driftsstop som følge af kontaminering

Mikrobielt fordærv skader ikke kun produktet. Det kan også skabe tilbagevendende hygiejneproblemer i tanke, rør og recirkulationskredsløb, hvilket medfører produktionstab, omarbejdning, kundeklager og bortskaffelsesomkostninger. Derfor er mikrobiel stabilitet ikke en sekundær egenskab. Den er et grundlæggende krav til kommercielt succesfulde vandbaserede belægninger.

Sådan virker sonikering i vandbaserede belægninger

Akustisk kavitation skaber intens forskydning og dermed ødelæggelse af mikrobielle celler: Ultralyd med høj effekt virker gennem akustisk kavitation. Når ultralydsbølger passerer gennem en væske, dannes mikroskopiske bobler, som vokser og imploderer. Disse kavitationshændelser genererer stærkt lokaliserede forskydningskræfter, turbulens, trykændringer og mikrostråler.
I vandbaserede belægninger er disse kavitationseffekter værdifulde, fordi de påvirker både partikler og mikroorganismer samtidig. Pigmentagglomerater nedbrydes effektivt til finere partikler, mens mikrobielle celler beskadiges mekanisk og inaktiveres. Det gør sonikering særligt attraktiv for formuleringer, hvor både dispergeringskvalitet og mikrobiel stabilitet er afgørende.

Ét procestrin leverer to afgørende funktioner

I stedet for at behandle pigmentdispergering og mikrobiel kontrol som separate opgaver kombinerer sonikering dem i én operation. Denne dobbelte effekt giver en klar industriel fordel.

Den samme ultralydsenergi, som deagglomererer pigmentansamlinger og dispergerer partikler ensartet, kan også reducere belastningen af levedygtige mikroorganismer i belægningen. Derfor understøtter sonikering:

• finere og mere ensartet pigmentdispergering
• forbedret farvestyrke og optisk ensartethed
• reduceret mikrobiel kontaminering under forarbejdning
• forbedret lagerstabilitet for vandbaserede produkter
• mindre afhængighed af konserveringsmidler og biocider til konservering i emballagen

Det gør sonikering yderst relevant for udviklingen af mere bæredygtige belægningssystemer med en renere ingrediensliste.
 

Siliciumdioxid dispergeret med ultralyd: rød kurve – ubehandlet; grøn kurve: efter ultralydsdispergering

Fordele ved samtidig dispergering og sterilisering af malingspigmenter

1. Bedre dispergeringskvalitet forbedrer belægningens ydeevne
   Pigmenter og fyldstoffer danner ofte agglomerater, som er vanskelige at nedbryde, hvis den mekaniske energi er utilstrækkelig. Sonikering giver intens og målrettet forskydning, hvilket gør den særdeles effektiv til deagglomerering og reduktion af partikelstørrelsen. En finere dispersion kan forbedre flere funktionsegenskaber i den endelige belægning, herunder farveudvikling, dækkeevne, glans og langtidsstabilitet.
2. Samtidig sterilisering understøtter reduktion af biocider
   Samtidig kan ultralydskavitation beskadige mikrobielle celler i væskefasen. Det reducerer kontamineringen i produktstrømmen og bidrager til at forbedre den mikrobielle stabilitet uden udelukkende at være afhængig af kemisk konservering. For producenter, der tilstræber systemer med lavt biocidindhold eller helt uden biocider, er dette en væsentlig procesfordel.
3. Procesintensivering reducerer kompleksiteten
   At kombinere to centrale procesmål i ét inline-trin forenkler produktionen. I stedet for at tilføje separate behandlingstrin til dispergering og mikrobiel kontrol kan belægningsproducenter integrere begge dele i én kontrolleret sonikeringsproces. Det reducerer håndteringen, understøtter renere produktion og forbedrer reproducerbarheden.

Hvorfor biocidfri forarbejdning får større betydning

Myndighedskrav, miljøkrav og markedskrav ændrer formuleringsstrategierne
Overgangen til belægninger med lavt biocidindhold eller helt uden biocider drives af flere industrielle faktorer. De lovgivningsmæssige rammer bliver strengere, miljøforventningerne stiger, og kunderne efterspørger sikrere og mere bæredygtige produkter med færre problematiske stoffer.
I denne sammenhæng får fysiske procesteknologier strategisk betydning. Sonikering er særligt attraktiv, fordi den ikke blot erstatter ét tilsætningsstof med et andet. Den introducerer et ikke-kemisk behandlingsprincip, der forbedrer både dispergering og mikrobiel stabilitet gennem mekanisk energi.

For formuleringsudviklere og produktionsledere giver det flere fordele:

• understøttelse af mere bæredygtige produktkoncepter
• reduceret afhængighed af konventionelle konserveringsmidler
• forbedret proceshygiejne
• stærkere positionering for næste generation af vandbaserede belægninger

Hvorfor sonikatorer fra Hielscher er den bedste løsning til industriel belægningsproduktion

Præcis styring giver reproducerbare procesbetingelser

Sonikatorer fra Hielscher er udviklet til industriel processtyring. I belægningsproduktion er præcis styring af sonikeringsparametrene afgørende, fordi formuleringens adfærd afhænger af pigmenttype, tørstofindhold, viskositet, temperatur, volumenstrøm og behandlingsintensitet.

Systemer fra Hielscher muliggør nøjagtig justering af vigtige procesparametre såsom:

• amplitude
• tryk
• volumenstrøm / opholdstid
• temperatur
• energitilførsel

Denne præcision gør det muligt for producenter at optimere pigmentdispergeringen, forbedre formuleringens kvalitet og opnå reproducerbar mikrobiel reduktion.

SEM-billeder af vegetative B. subtilis-celler før (a) og efter ultralydsbestråling i 30 min (b), (c).
Undersøgelse og billede: © Hashimoto et al., 2020

Tryksætbare flowceller til intensiveret sonikering

Forhøjet tryk øger kavitationsintensiteten
En central fordel ved teknologien fra Hielscher er brugen af tryksætbare flowcellereaktorer. Tryk har stor indflydelse på kavitationens adfærd. Ved forhøjet tryk bliver kavitationen mere intens og mere effektiv, hvilket er særligt værdifuldt ved krævende dispergeringsopgaver og kontinuerlig mikrobiel inaktivering.

Tryksætbare flowceller understøtter:

• intensiveret ultralydsbehandling
• mere effektiv deagglomerering
• forbedret proceseffektivitet

For industrielle belægningsanlæg betyder det, at ultralydsbehandlingen kan tilpasses både gennemførlighed i laboratorieskala og den faktiske produktionskapacitet og de faktiske produktkrav.

Inline-forarbejdning til kontinuerlig fremstilling

Sonikering kan integreres direkte i produktionslinjen
Sonikatorer fra Hielscher er særdeles velegnede til inline-forarbejdning. Det gør det muligt at behandle vandbaserede belægninger kontinuerligt, mens de passerer gennem produktionssystemet. Inline-sonikering passer godt til industriel fremstilling, fordi den undgår unødvendig batchhåndtering og kan integreres i overførselskredsløb, recirkulationssystemer eller dedikerede proceslinjer.

Inline-forarbejdning giver klare driftsmæssige fordele:

• kontinuerlig behandling under definerede betingelser
• nem integration i eksisterende anlæg
• reduceret manuel håndtering
• forbedret proceseffektivitet og ensartethed

For producenter af belægninger gør det sonikering til en praktisk produktionsteknologi.

Spraytørret TiO2 før og efter ultralydsformaling

Lineær skalerbarhed fra laboratorium til industriel produktion

Procesparametre kan overføres pålideligt mellem skalaer
Opskalering er et afgørende spørgsmål i procesudvikling. Hielschers ultralydssystemer er udviklet til lineær skalerbarhed, hvilket betyder, at procesbetingelser fastlagt i laboratorie- eller pilotskala systematisk kan overføres til industriel produktion.
Det er særligt vigtigt for virksomheder, der udvikler innovative belægninger med lavt biocidindhold, fordi det reducerer risikoen under implementeringen og bidrager til at fremskynde kommercialiseringen.

Fordelene ved lineær skalerbarhed omfatter:

• nemmere procesudvikling
• pålidelig overførsel fra forskning og udvikling til produktion
• forudsigelig ydeevne ved større produktionskapacitet
• mindre usikkerhed ved opskalering

Nem rengøring og hygiejnisk procesdesign

Rengøringsegnethed er vigtig, når målet er mikrobiel stabilitet
Hvis mikrobiel kontrol er et centralt procesmål, bliver udstyrshygiejnen endnu vigtigere. Sonikatorer fra Hielscher er udviklet til praktisk industriel rengøring og enkel integration i hygiejniske procesmiljøer.

Nem rengøring hjælper producenter med at:

• reducere risikoen for kontaminering i udstyret
• standse mikrobiel vækst
• reducere tidsforbruget til rengøring og vedligeholdelse
• forbedre processens pålidelighed over gentagne produktionscyklusser

I vandbaserede belægninger, hvor kontaminering kan vedvare i tanke, dødzoner og overførselssystemer, bidrager ultralydsudstyr, der er nemt at rengøre, direkte til produktstabilitet og driftsmæssig robusthed.

Sonikeret kalkmaling på grindometeret demonstrerer pigmenternes fuldstændigt ensartede deagglomerering og partikelstørrelsesfordeling

Reproducerbare resultater til industriel kvalitetssikring

Ensartethed er afgørende for producenter af belægninger
Industriel malingsproduktion kræver meget reproducerbare procesresultater. Optiske egenskaber, reologi, holdbarhed og mikrobiologisk stabilitet skal forblive ensartede fra batch til batch og over lange produktionsperioder.

Sonikatorer fra Hielscher giver reproducerbare ultralydsbetingelser, der understøtter:

• ensartet pigmentdispergering
• stabil reduktion af partikelstørrelsen
• ensartet mikrobiel behandling
• pålidelig produktkvalitet på tværs af produktionskørsler

Denne reproducerbarhed er afgørende for procesvalidering, kvalitetssikring og industriel indførelse af ultralydsteknologi.

Sonikering som strategisk teknologi til moderne vandbaserede belægninger

Belægningsindustrien bevæger sig mod formuleringer, der er mere bæredygtige, har et lavere indhold af farlige tilsætningsstoffer og er mere robuste i deres ydeevne. Sonikering passer særdeles godt til denne udvikling, fordi den håndterer to store produktionsudfordringer på én gang: behovet for effektiv pigmentdispergering og behovet for mikrobiel stabilitet.
Ved at kombinere disse funktioner i ét procestrin hjælper sonikering producenter med at forenkle produktionen, forbedre belægningskvaliteten og reducere afhængigheden af konventionelle konserveringssystemer. Det gør ultralydsbehandling særdeles attraktiv til bygningsmaling, industrielle belægninger, funktionelle dispersioner, trykfarver og beslægtede vandbaserede systemer.
Sonikatorer fra Hielscher leverer den industrielle platform, der er nødvendig for at implementere denne strategi i praksis. Deres præcise styring, tryksætbare flowceller, mulighed for inline-behandling, lineære skalerbarhed, nemme rengøring og reproducerbare resultater gør dem særligt velegnede til fremstilling af maling og belægninger.

Udnyt fordelene ved ultralydsdispergering og sterilisering af belægninger

Biocidfri sterilisering og dispergering af vandbaserede belægninger ved hjælp af sonikering er en særdeles lovende tilgang til moderne malingsfremstilling. Sonikering forbedrer pigmentdispergeringen, reducerer den mikrobielle belastning og understøtter bedre produktstabilitet i én integreret proces. Denne kombination er særligt værdifuld i en industri, der er under stigende pres for at reducere konserveringsmidler og samtidig opretholde høj produktkvalitet og proceseffektivitet.
For producenter af vandbaseret maling og belægninger tilbyder sonikatorer fra Hielscher en praktisk og industrielt gennemprøvet løsning. Deres processtyrbarhed, inline-integration, flowcelledesign til intensiveret behandling, skalerbarhed, mulighed for hygiejnisk rengøring og reproducerbare ydeevne gør dem til et fremragende valg til samtidig dispergering og sterilisering af malingspigmenter.

Tabellen nedenfor giver dig et overblik over vores ultralydsapparaters omtrentlige behandlingskapacitet:

Design, fremstilling og rådgivning – kvalitet fremstillet i Tyskland

Hielschers ultralydsapparater er kendt for deres højeste kvalitets- og designstandarder. Robusthed og nem betjening muliggør problemfri integration af vores ultralydsapparater i industrielle anlæg. Barske forhold og krævende miljøer håndteres nemt af Hielschers ultralydsapparater.

Hielscher Ultrasonics er en ISO-certificeret virksomhed og lægger særlig vægt på ultralydsapparater med høj ydeevne, som har den nyeste teknologi og er brugervenlige. Hielschers ultralydsapparater er naturligvis CE-kompatible og opfylder kravene fra UL, CSA og RoHs.

Litteratur / referencer

• Spiteri, D., Chot-Plassot, C., Sclear, J., Karatzas, K. A., Scerri, C., Valdramidis, V. (2017): Ultrasound processing of liquid system(s) and its antimicrobial mechanism of action. Letters in
  Applied Microbiology, 65 (4), 2017.. 313-318.
• N.P. Badgujar Y.E. Bhoge T.D. Deshpande B.A. Bhanvase P.R. Gogate S.H. Sonawane R.D. Kulkarni (2015): Ultrasound assisted organic pigment dispersion: advantages of ultrasound method over conventional method. Pigment & Resin Technology, Vol. 44, Iss. 4. 214 – 223.
• Karekar, Sammit; Bhanvase, Bharat; Sonawane, Shirish; Deosarkar, Manik; Pinjari, Dipak; Pandit, Aniruddha (2014): Synthesis of zinc molybdate and zinc phosphomolybdate nanopigments by an ultrasound assisted route: Advantage over conventional method. Chemical Engineering and Processing: Process Intensification 87, 2014.
• Aydin, Z., Turgut, S. & Akbas, H.Z. (2018): Structural Differences of BaTiO3 Ceramics Modified by Ultrasonic and Mechanochemical Methods. Powder Metallurgy and Metal Ceramics, Vol. 57, No. 7-8, November, 2018.