Υπέρηχοι για διασπορά και άλεση: χρώματα και χρωστικές
Οι υπέρηχοι ισχύος είναι ευρέως γνωστοί για την έντονη και με ακρίβεια ελεγχόμενη δράση τους στην άλεση και τη διασπορά. Αυτό καθιστά τους ομογενοποιητές υπερήχων ιδανικούς για την παραγωγή παστών χρωστικών και σκευασμάτων χρωμάτων. Οι βιομηχανικές συσκευές υπερήχων παρέχουν εξαιρετικά ομοιόμορφη κατανομή μεγέθους σωματιδίων στη μικρομετρική και τη νανομετρική περιοχή. Επεξεργαστείτε ρεύματα μεγάλου όγκου και υψηλού ιξώδους με συσκευές υπερήχων Hielscher, για να επιτύχετε ομοιογενή διαβροχή, διασπορά, αποσυσσωμάτωση και άλεση!
Παραγωγή χρωμάτων με υπερήχους
Βελτιώστε τα χρώματα, τις βαφές και τις επιστρώσεις σας με κατεργασία με υπερήχους:
- Σκεύασμα: Είτε πρόκειται για υψηλό ιξώδες, υψηλή περιεκτικότητα σε σωματίδια, υδατική βάση ή βάση διαλύτη – με τις βιομηχανικές συσκευές υπερήχων Hielscher για ενσωμάτωση στη γραμμή παραγωγής μπορείτε να επεξεργαστείτε οποιοδήποτε σκεύασμα.
- Μικρομετρικό και νανομετρικό μέγεθος: Οι υψηλές δυνάμεις διάτμησης που δημιουργούνται από την ακουστική σπηλαίωση μειώνουν τη διάμετρο των σωματιδίων σε πολύ μικρές τιμές και εξασφαλίζουν ομοιόμορφη διασπορά. Η προσαρμογή των παραμέτρων κατεργασίας με υπερήχους στις απαιτήσεις των σωματιδίων και του σκευάσματός σας επιτρέπει την αξιόπιστη παραγωγή χρωστικών νανομετρικού μεγέθους.
- Οπτικές ιδιότητες: Για να επιτευχθούν οι σωστές οπτικές ιδιότητες, πρέπει να ελέγχεται το μέγεθος των σωματιδίων της χρωστικής. Συνήθως, η αδιαφάνεια συσχετίζεται με το μέγεθος των σωματιδίων: όσο μικρότερο είναι το μέγεθος των σωματιδίων, τόσο μεγαλύτερη είναι η αδιαφάνεια. Για παράδειγμα, το TiO2 υποβάλλεται σε ειδική επεξεργασία ώστε να αποκτήσει μέγεθος σωματιδίων από 0,20 έως 0,3 μικρόμετρα, το οποίο αντιστοιχεί περίπου στο μισό μήκος κύματος του φωτός. Η κατεργασία με υπερήχους μειώνει τις χρωστικές TiO2 στο βέλτιστο μέγεθός τους, ώστε να επιτυγχάνεται η μέγιστη καλυπτική ικανότητα.
- Σωματίδια υψηλών επιδόσεων: Τα μικρότερα μεγέθη σωματιδίων οδηγούν σε μεγαλύτερο κορεσμό χρώματος, χρωματική ομοιομορφία και σταθερότητα. Οι έντονες, αλλά με ακρίβεια ελεγχόμενες δυνάμεις των υπερήχων επιτρέπουν την παραγωγή τροποποιημένων και λειτουργικοποιημένων νανοσωματιδίων, όπως επικαλυμμένα σωματίδια, SWNTs, MWCNTs και σωματίδια πυρήνα–κελύφους. Τέτοια σωματίδια παρουσιάζουν μοναδικά χαρακτηριστικά και αναβαθμίζουν τα σκευάσματα χρωμάτων ή επιστρώσεων σε ένα νέο επίπεδο ποιότητας και λειτουργικότητας (π.χ. αντοχή στην υπεριώδη ακτινοβολία, αντοχή στις γρατσουνιές, μηχανική αντοχή, προσφυτικότητα, υψηλή αντοχή στη θερμότητα, ανακλαστικότητα στην υπέρυθρη και την ηλιακή ακτινοβολία).
- Τροποποιημένα σωματίδια: Οι χρωστικές με τροποποιημένη επιφάνεια παρουσιάζουν πολύ χαμηλό ιξώδες σε υψηλές περιεκτικότητες χρωστικής (2,5cP σε περιεκτικότητα στερεών 10%), ανώτερη σταθερότητα αιωρήματος και υψηλή καθαρότητα. Η λειτουργικοποίηση σωματιδίων με υποβοήθηση υπερήχων διευκολύνει τη σύνθεση χρωστικών υψηλών επιδόσεων με ειδικά χαρακτηριστικά.
Η κατεργασία με υπερήχους είναι μια ισχυρή μέθοδος για την άλεση και τη διασπορά παστών χρωστικών.
- τελικών σκευασμάτων
- συμπυκνωμάτων πάστας χρωστικής
- περαιτέρω εξευγενισμένων σωματιδίων μετά τη συμβατική άλεση
Οι πάστες χρωστικών που αλέθονται και διασπείρονται με χρήση σπηλαίωσης υπερήχων και υψηλών δυνάμεων διάτμησης παρουσιάζουν σημαντική μείωση μεγέθους και ομοιόμορφη κατανομή. Το παραπάνω διάγραμμα δείχνει ότι η μείωση του μεγέθους αυξάνεται όσο αυξάνεται η ενέργεια των υπερήχων.
Για την παραγωγή χρωμάτων, συστατικά όπως οι χρωστικές, τα συνδετικά μέσα/ οι παράγοντες σχηματισμού υμενίου, τα αραιωτικά/ οι διαλύτες, οι ρητίνες, τα πληρωτικά και τα πρόσθετα πρέπει να αναμειχθούν μεταξύ τους σε ένα ομοιογενές σκεύασμα. Οι χρωστικές είναι το καθοριστικό συστατικό που δίνει στο χρώμα την απόχρωσή του. Η σημαντικότερη λευκή χρωστική είναι το TiO2, το οποίο πρέπει να αλεστεί σε βέλτιστο μέγεθος σωματιδίων με διάμετρο μεταξύ 0,2 και 0,3 μικρομέτρων, ώστε να παρουσιάζει τον επιθυμητό βαθμό λευκότητας, λαμπρότητας και αδιαφάνειας, καθώς και πολύ υψηλό δείκτη διάθλασης. Οι δυνάμεις διάτμησης των υπερήχων παρέχουν πολύ αποτελεσματική και ενεργειακά αποδοτική αποσυσσωμάτωση και διασπορά των σωματιδίων TiO2 (βλ. παρακάτω εικόνα).
Εικόνα ηλεκτρονικής μικροσκοπίας διέλευσης (TEM) αιωρήματος νανοσωματιδίων TiO2 που έχουν διασπαρεί με υπερήχους, με διαφορετικές συγκεντρώσεις στερεών. Η κατεργασία με υπερήχους πραγματοποιήθηκε με τη συσκευή υπερήχων UIP1000hdT
Αριστερά: εισροή ενέργειας υπερήχων 1,8 × 105 J/L – Δεξιά: εισροή ενέργειας υπερήχων 5,4 × 105 J/L
(Μελέτη και εικόνες: ©Fasaki et al., 2012)
Η άλεση και η διασπορά με υπερήχους αναβαθμίζουν την ποιότητα του χρώματος, βελτιώνοντας τη χρωστική του ισχύ, την πυκνότητα, τη λεπτότητα άλεσης, τη διασπορά και τη ρεολογία του.
Συνθήκες διασποράς και άλεσης με υπερήχους
Η ποιότητα των χρωμάτων και των επιστρώσεων εξαρτάται από την ομοιογενή διασπορά των χρωστικών. Η Hielscher Ultrasonics παρέχει αποτελεσματικό εξοπλισμό άλεσης και λειοτρίβησης για τη διασπορά χρωμάτων, ειδικά για σκευάσματα με υψηλή περιεκτικότητα σε χρωστικές. Ο μηχανισμός των συσκευών διασποράς υπερήχων για εφαρμογές άλεσης, λειοτρίβησης, αποσυσσωμάτωσης και διασποράς βασίζεται κυρίως στη δράση διάτμησης που δημιουργείται από τη σπηλαίωση υπερήχων. Οι δυνάμεις διάτμησης λόγω σπηλαίωσης που είναι απαραίτητες για τον διαχωρισμό των σωματιδίων παράγονται από μεγάλες διαφορές πίεσης, τοπικές θερμές εστίες και πίδακες υγρού, με αποτέλεσμα τη θραύση των σωματιδίων μέσω συγκρούσεων μεταξύ τους.
Οι βιομηχανικές συσκευές διασποράς υπερήχων, όπως η UIP16000hdT με 16.000 watt ανά καθετήρα υπερήχων, έχουν τη δυνατότητα επεξεργασίας ρευμάτων μεγάλου όγκου χρωμάτων και επιστρώσεων.
Κατεργασία με υπερήχους: 7x UIP1000hdT
Το χρώμα κιμωλίας που έχει υποβληθεί σε κατεργασία με υπερήχους στο όργανο μέτρησης λεπτότητας άλεσης καταδεικνύει την απολύτως ομοιόμορφη αποσυσσωμάτωση και κατανομή μεγέθους σωματιδίων των χρωστικών
Διασπορά νανοσωματιδίων
Η άλεση και η διασπορά με υπερήχους αποτελούν συχνά τη μόνη μέθοδο αποτελεσματικής επεξεργασίας νανοσωματιδίων για τη λήψη πρωτογενών σωματιδίων που διασπείρονται μεμονωμένα. Το μικρό μέγεθος των πρωτογενών σωματιδίων οδηγεί σε μεγάλη επιφάνεια και συσχετίζεται με την εκδήλωση μοναδικών χαρακτηριστικών και λειτουργικών ιδιοτήτων των σωματιδίων. Ταυτόχρονα, το μικρότερο μέγεθος σωματιδίων συνδέεται με υψηλή επιφανειακή ενέργεια, που συνεπάγεται εντονότερη συσσωμάτωση και αντιδραστικότητα, με αποτέλεσμα να απαιτούνται οι έντονες δυνάμεις διασποράς των υπερήχων για την ομοιογενή διασπορά των νανοσωματιδίων στο σκεύασμα.
Επιπλέον, η επιφανειακή κατεργασία με υπερήχους μπορεί να τροποποιήσει τα νανοσωματίδια, οδηγώντας σε βελτιωμένη ικανότητα διασποράς, σταθερότητα διασποράς, υδροφοβικότητα και άλλα χαρακτηριστικά.
Οι ερευνητές έχουν συστήσει τη μέθοδο διασποράς με υπερήχους για τα νανοσωματίδια ως προτιμώμενη λύση, “επειδή το υλικό που διασπείρεται με τη μέθοδο των υπερήχων είναι πολύ καθαρότερο από αυτό που παράγεται με άλεση με σφαιρίδια.” [Kim et al. 2010].
Μαύρες χρωστικές UV: πριν και μετά την κατεργασία με υπερήχους
Η τεχνική διασποράς με υπερήχους έχει πολλά πλεονεκτήματα σε σύγκριση με τις παραδοσιακές τεχνολογίες άλεσης, όπως οι τρικύλινδροι μύλοι, οι σφαιρόμυλοι ή οι μύλοι με μέσα άλεσης.
Επικοινωνήστε μαζί μας! / Ρωτήστε μας!
Βιβλιογραφία / Αναφορές
- FactSheet Ultrasonic Inkjet Dispersion – Hielscher Ultrasonics
- I. Fasaki, K. Siamos, M. Arin, P. Lommens, I. Van Driessche, S.C. Hopkins, B.A. Glowacki, I. Arabatzis (2012): Ultrasound assisted preparation of stable water-based nanocrystalline TiO2 suspensions for photocatalytic applications of inkjet-printed films. Applied Catalysis A: General, Volumes 411–412, 2012. 60-69.
- Badgujar, N.P.; Bhoge, Y.E.; Deshpande, T.D.; Bhanvase, B.A.; Gogate, P.R.; Sonawane, S.H.; Kulkarni, R.D. (2015): Ultrasound assisted organic pigment dispersion: advantages of ultrasound method over conventional method. Pigment & Resin Technology, Vol. 44 No. 4, 2015. 214-223.
- Adam K. Budniak, Niall A. Killilea, Szymon J. Zelewski, Mykhailo Sytnyk, Yaron Kauffmann, Yaron Amouyal, Robert Kudrawiec, Wolfgang Heiss, Efrat Lifshitz (2020): Exfoliated CrPS4 with Promising Photoconductivity. Small Vol.16, Issue 1. January 9, 2020.
- Kim, Moojoon; Kim, Jungsoon; Jo, Misun; Ha, Kanglyeo (2010): Dispersion effect of nano particle according to ultrasound exposure by using focused ultrasonic field. Proceedings of Symposium on Ultrasonic Electronics 6-8 December, 2010. 31, 2010. 549-550.
- Pekarovicov, Alexandra; Pekarovic, Jan (2009): Emerging Pigment Dispersion Technologies. Industry insight Pira International 2009.
Χρήσιμες πληροφορίες
Οι ομογενοποιητές ιστών με υπερήχους συχνά αναφέρονται ως συσκευές υπερήχων με καθετήρα/ συσκευές κατεργασίας με υπερήχους, συσκευές ηχητικής λύσης, διαρρήκτες υπερήχων, μύλοι υπερήχων, συσκευές ηχητικής ρήξης, συσκευές ηχητικής κατεργασίας, συσκευές ηχητικού διαμελισμού, κυτταρικοί διαρρήκτες, συσκευές διασποράς υπερήχων, γαλακτωματοποιητές ή διαλυτοποιητές. Οι διαφορετικοί όροι προκύπτουν από τις ποικίλες εφαρμογές που μπορούν να πραγματοποιηθούν με κατεργασία με υπερήχους.
Η Hielscher Ultrasonics κατασκευάζει ομογενοποιητές υπερήχων υψηλών επιδόσεων σε μεγέθη από εργαστηρίου έως βιομηχανικής κλίμακας.