La cavitación ultrasónica es un medio eficaz para la dispersión y micromolienda (molienda húmeda) de pigmentos de tinta. Los dispersores ultrasónicos se utilizan con éxito tanto en la investigación como en la fabricación industrial de tintas de inyección de tinta de base UV, agua o disolvente.

Tintas de inyección nanodispersadas

Los ultrasonidos son muy eficaces en la reducción de tamaño de partículas en el rango de 500µm hasta aproximadamente 10nm.
Cuando se utiliza la ultrasonicación para dispersar nanopartículas en la tinta de chorro de tinta, la gama de colores de la tinta, la durabilidad y la calidad de impresión pueden mejorarse sustancialmente. Por lo tanto, los ultrasonidos de tipo sonda se utilizan ampliamente en la fabricación de tintas de inyección de tinta que contienen nanopartículas, tintas especiales (por ejemplo, tintas conductoras, tintas imprimibles en 3D, tintas para tatuajes) y pinturas.
 

En los gráficos siguientes se muestra un ejemplo de pigmentos negros dispersados sin ultrasonidos frente a pigmentos dispersados por ultrasonidos en tinta de chorro de tinta. El tratamiento ultrasónico se realizó con la sonda ultrasónica UIP1000hdT. El resultado del tratamiento ultrasónico es un tamaño de partícula visiblemente menor y una distribución granulométrica muy estrecha.

La dispersión ultrasónica produce pigmentos de tinta mucho más pequeños y uniformes. (gráfico verde: antes de la sonicación – gráfico rojo: después de la sonicación)

¿Cómo mejora la dispersión ultrasónica la calidad de la tinta de inyección?

Los ultrasonidos de alta intensidad son muy eficaces para la dispersión, la reducción de tamaño y la distribución uniforme de nanopartículas.
Esto significa que la dispersión de nanopartículas con ultrasonidos en la tinta de inyección puede mejorar su rendimiento y durabilidad. Las nanopartículas son partículas muy pequeñas con tamaños comprendidos entre 1 y 100 nanómetros, y tienen propiedades únicas que pueden mejorar la tinta de inyección de varias maneras.

• En primer lugar, las nanopartículas pueden mejorar la gama cromática de la tinta de inyección, que se refiere a la gama de colores que se pueden producir. Cuando las nanopartículas se dispersan uniformemente con un ultrasonido de tipo sonda, la tinta muestra en consecuencia colores más vivos y saturados. Esto se debe a que las nanopartículas pueden dispersar y reflejar la luz de un modo que los tintes y pigmentos tradicionales no pueden, lo que mejora la reproducción del color.
• En segundo lugar, las nanopartículas dispersas homogéneamente pueden aumentar la resistencia de la tinta de inyección a la decoloración, el agua y las manchas. Esto se debe a que las nanopartículas pueden adherirse más fuertemente al papel u otro sustrato, creando una imagen más duradera y duradera. Además, las nanopartículas pueden impedir que la tinta penetre en el papel, lo que puede provocar manchas y reducir la nitidez de la imagen impresa.
• Por último, las nanopartículas dispersadas por ultrasonidos también pueden mejorar la calidad de impresión y la resolución de la tinta de inyección. Los dispersores ultrasónicos son excepcionalmente eficaces cuando se trata de moler y mezclar nanopartículas en líquidos. Al utilizar partículas más pequeñas, la tinta puede crear líneas más finas y precisas, lo que se traduce en imágenes más nítidas y claras. Esto es especialmente importante en aplicaciones como la impresión fotográfica de alta calidad y la impresión artística.

Control de los parámetros del proceso y de los resultados de la dispersión

El tamaño de las partículas y la distribución granulométrica de los pigmentos de tinta afectan a muchas características del producto, como la intensidad de tintado o la calidad de impresión. Cuando se trata de la impresión por chorro de tinta, una pequeña cantidad de partículas de mayor tamaño puede provocar inestabilidad en la dispersión, sedimentación o fallos en la boquilla de chorro de tinta. Por este motivo, es importante para la calidad de la tinta de inyección tener un buen control sobre el proceso de reducción de tamaño utilizado en la producción.

Procesado en línea de nanodispersiones para tintas de inyección de tinta

Los reactores ultrasónicos de Hielscher suelen utilizarse en línea. La tinta de inyección se bombea al recipiente del reactor. Allí se expone a la cavitación ultrasónica a una intensidad controlada. El tiempo de exposición depende del volumen del reactor y de la velocidad de alimentación del material. La sonicación en línea elimina el by-pass, ya que todas las partículas pasan por la cámara del reactor siguiendo una trayectoria definida. Como todas las partículas se exponen a parámetros de sonicación idénticos durante el mismo tiempo en cada ciclo, la ultrasonicación suele estrechar y desplazar la curva de distribución en lugar de ensancharla. La dispersión ultrasónica produce distribuciones granulométricas relativamente simétricas. Generalmente, la cola derecha – un sesgo negativo de la curva causado por un desplazamiento hacia los materiales gruesos ("cola" a la derecha) – no puede observarse en las muestras sonicadas.

Dispersión a temperaturas controladas: Refrigeración de procesos

Para vehículos sensibles a la temperatura, Hielscher ofrece reactores de celda de flujo encamisados para todos los dispositivos de laboratorio e industriales. La refrigeración de las paredes internas del reactor permite disipar eficazmente el calor del proceso.

Las imágenes siguientes muestran pigmento negro de humo dispersado con la sonda ultrasónica UIP1000hdT en tinta UV.

La dispersión ultrasónica garantiza una reducción eficaz del tamaño de las partículas y una distribución uniforme de los pigmentos de negro de humo en la tinta UV.

Dispersión y desaglomeración de tintas de inyección a cualquier escala

Hielscher fabrica equipos de dispersión por ultrasonidos para el procesamiento de tintas a cualquier volumen. Los homogeneizadores ultrasónicos de laboratorio se utilizan para volúmenes desde 1,5mL hasta aprox. 2L y son ideales para la fase de I+D de formulaciones de tintas, así como para pruebas de calidad. Además, las pruebas de viabilidad en el laboratorio permiten seleccionar con precisión el tamaño de equipo necesario para la producción comercial.
Los dispersores industriales por ultrasonidos se utilizan en la producción de lotes de 0,5 a aproximadamente 2000L o caudales de 0,1L a 20m³ por hora. A diferencia de otras tecnologías de dispersión y molienda, la ultrasonicación puede ampliarse fácilmente, ya que todos los parámetros importantes del proceso pueden escalarse linealmente.

La siguiente tabla muestra las recomendaciones generales de ultrasonidos en función del volumen del lote o del caudal que se vaya a procesar.

 
¿Cómo funcionan los dispersores ultrasónicos? – Principio de funcionamiento de la cavitación acústica
La cavitación ultrasónica es un proceso que utiliza ondas sonoras de alta frecuencia para generar pequeñas burbujas de gas en un líquido. Cuando las burbujas se someten a una presión elevada, pueden colapsar, o implosionar, liberando un estallido de energía. Esta energía puede utilizarse para dispersar partículas en el líquido, descomponiéndolas en tamaños más pequeños.
En la cavitación ultrasónica, las ondas sonoras son generadas por un transductor ultrasónico, que suele ir montado en una sonda o bocina. El transductor convierte la energía eléctrica en energía mecánica en forma de ondas sonoras, que se transmiten al líquido a través de la sonda o la bocina. Cuando las ondas sonoras llegan al líquido, crean ondas de alta presión que pueden provocar la implosión de las burbujas de gas.
La cavitación ultrasónica tiene varias aplicaciones potenciales en los procesos de dispersión, como la producción de emulsiones, la dispersión de pigmentos y cargas y la desaglomeración de partículas. La cavitación ultrasónica puede ser una forma eficaz de dispersar partículas porque puede generar elevadas fuerzas de cizallamiento y el aporte de energía, así como otros parámetros importantes del proceso, como la temperatura y la presión, pueden controlarse con precisión, lo que permite adaptar el proceso a las necesidades específicas de la aplicación. Este control preciso del proceso es una de las principales ventajas de la sonicación, ya que permite obtener productos de alta calidad de forma fiable y reproducible y evitar cualquier degradación no deseada de las partículas o el líquido.

Robusto y fácil de limpiar

Un reactor ultrasónico se compone del recipiente del reactor y del sonotrodo ultrasónico. Esta es la única pieza sujeta a desgaste y puede sustituirse fácilmente en cuestión de minutos. Las bridas de desacoplamiento por oscilación permiten montar el sonotrodo en recipientes presurizables abiertos o cerrados o en celdas de flujo en cualquier orientación. No se necesitan cojinetes. Los reactores de celda de flujo son generalmente de acero inoxidable y tienen geometrías sencillas y pueden desmontarse y limpiarse fácilmente. No hay orificios pequeños ni esquinas ocultas.

Limpieza ultrasónica in situ

La intensidad ultrasónica utilizada para las aplicaciones de dispersión es mucho mayor que para la limpieza ultrasónica típica. Por lo tanto, la potencia ultrasónica puede utilizarse para ayudar a la limpieza durante el lavado y el aclarado, ya que la cavitación ultrasónica elimina las partículas y los residuos líquidos del sonotrodo y de las paredes de la celda de flujo.