Biotsiidivaba steriliseerimine ja veepõhiste katete dispergeerimine

Veepõhiseid katteid kasutatakse laialdaselt, sest need võimaldavad vähese LOÜ-sisaldusega retseptuure, ohutumat käsitsemist ja jätkusuutlikumat tootmist. Samal ajal muudab nende veesisaldus need väga vastuvõtlikuks mikroobse saastumise suhtes. Bakterid, pärmid ja hallitusseened võivad toote sattuda tooraine, mahutite, torustike, villimissüsteemide või ümbritseva keskkonna kaudu tootmise ja ladustamise ajal. Kui saastumine on toimunud, võivad mikroorganismid kiiresti paljuneda ning kahjustada nii toote kvaliteeti kui ka säilivusaega.
Seepärast on mikroobne stabiilsus veepõhistes värvides, katetes, tintides ja pigmendidispersioonides kriitilise tähtsusega kvaliteeditegur.

Ultraheli töötlus ühendab pigmendi dispergeerimise ja mikroobide tõrje ühes tööstuslikus protsessis

Traditsiooniliselt toetuvad tootjad riknemise tõrjeks säilitusainetele ja pakendisisestele biotsiididele. Kasvav regulatiivne surve ja suurenev nõudlus puhtamate retseptuuride järele ajendavad aga otsima alternatiive. Suure intensiivsusega ultraheli töötlus (sonikeerimine) pakub väga tõhusa lahenduse, võimaldades dispergeerimist ja steriliseerimist samaaegselt ühes protsessietapis.
Kattetootjate jaoks tähendab see, et ultraheliga töötlemine ei ole ainult dispergeerimistehnoloogia. See on ka võimas protsessivahend mikrobioloogilise stabiilsuse parandamiseks, toetades samal ajal vähese biotsiidisisaldusega või biotsiidivabu retseptuuristrateegiaid.

Miks on mikroobne stabiilsus veepõhistes värvides tööstuslikult kriitiline

Mikroobne saastumine mõjutab otseselt toote kvaliteeti ja protsessi töökindlust: värvide mikroobne stabiilsus on tööstuslikult väga oluline, sest mikroobide kasv võib põhjustada mitmesuguseid tootedefekte ja tootmisprobleeme. Veepõhised retseptuurid sisaldavad sageli orgaanilisi koostisosi, näiteks sideaineid, dispergeerivaid aineid, niisutajaid, paksendajaid ja vahutamisvastaseid aineid. Need komponendid võivad luua mikroobide kasvuks soodsa keskkonna, kui saastumine satub toote töötlemise või ladustamise ajal.

Tööstuslikus praktikas võib ebapiisav mikroobide tõrje põhjustada järgmist:

• viskoossuse triiv ja pH muutused
• gaasi teke ja anuma paisumine
• vastik lõhn ja värvimuutus
• vähenenud säilitusstabiilsus
• kiledefektid ja ebaühtlane pealekandmiskäitumine
• kastmisvannide puhul – sagedasem puhastamine ja saastumisega seotud seisakud

Mikroobne riknemine ei kahjusta mitte ainult toodet. See võib tekitada ka korduvaid hügieeniprobleeme mahutites, torudes ja retsirkulatsioonisilmustes, põhjustades tootmiskadusid, ümbertöötlust, klientide kaebusi ja kõrvaldamiskulusid. Seepärast ei ole mikroobne stabiilsus teisejärguline omadus. See on äärmiselt oluline nõue kaubanduslikult edukatele veepõhistele katetele.

Kuidas ultraheli töötlus veepõhistes katetes toimib

Akustiline kavitatsioon tekitab intensiivse nihke ja seeläbi mikroobide lõhkumise: suure võimsusega ultraheli toimib akustilise kavitatsiooni kaudu. Kui ultrahelilained läbivad vedelikku, tekivad mikroskoopilised mullid, mis kasvavad ja implodeeruvad. Need kavitatsiooniefektid tekitavad väga lokaalseid nihkejõude, turbulentsi, rõhumuutusi ja mikrojuga.
Veepõhistes katetes on need kavitatsiooniefektid väärtuslikud, sest need toimivad korraga nii osakestele kui ka mikroorganismidele. Pigmendiaglomeraadid lagundatakse tõhusalt peenemateks osakesteks, samal ajal kui mikroobirakke kahjustatakse mehaaniliselt ja inaktiveeritakse. See muudab ultraheli töötluse (sonikeerimise) eriti atraktiivseks retseptuuridele, kus on olulised nii dispersiooni kvaliteet kui ka mikroobne stabiilsus.

Üks protsessietapp täidab kahte olulist funktsiooni

Selle asemel, et käsitleda pigmendi dispergeerimist ja mikroobide tõrjet eraldi ülesannetena, ühendab ultraheli töötlus need ühes toimingus. See kahekordne toime pakub selget tööstuslikku eelist.

Sama ultrahelienergia, mis deaglomereerib pigmenditombud ja dispergeerib osakesi ühtlaselt, võib vähendada ka kattes elujõuliste mikroobide hulka. Selle tulemusena toetab ultraheli töötlus (sonikeerimine):

• peenem ja ühtlasem pigmendi dispergeerimine
• parem värvitugevus ja optiline ühtlus
• väiksem mikroobne saastumine töötlemise ajal
• veepõhiste toodete parem säilivusstabiilsus
• väiksem sõltuvus säilitusainetest ja purgisäilitusainetest (in-can biotsiidid)

See muudab ultraheli töötluse (sonikeerimise) väga oluliseks jätkusuutlikumate ja puhtama koostisega kattesüsteemide arendamisel.

Ultraheliga dispergeeritud ränidioksiid: punane kõver – töötlemata; roheline kõver: pärast ultraheliga dispergeerimist

Pigmentide samaaegse dispergeerimise ja steriliseerimise eelised värvides

1. Parem dispergeerimiskvaliteet parandab katte omadusi
   Pigmendid ja täiteained moodustavad sageli aglomeraate, mida on ebapiisava mehaanilise energiaga raske lõhkuda. Ultraheli töötlus (sonikeerimine) annab intensiivse ja sihipärase nihkejõu, mistõttu on see väga tõhus deaglomeratsiooniks ja osakeste suuruse vähendamiseks. Peenem dispersioon võib parandada lõpliku katte mitmeid toimivusnäitajaid, sealhulgas värvi arengut, katvust, läiget ja pikaajalist stabiilsust.
2. Samaaegne steriliseerimine toetab biotsiidide vähendamist
   Samal ajal võib ultraheli kavitatsioon kahjustada vedelfaasis olevaid mikroobirakke. See vähendab saastumist tootevoolus ja aitab parandada mikroobset stabiilsust ilma ainult keemilisele säilitamisele tuginemata. Madala biotsiidisisaldusega või biotsiidivabade süsteemide poole püüdlevatele tootjatele on see oluline protsessi eelis.
3. Protsessi intensiivistamine vähendab keerukust
   Kahe põhilise protsessieesmärgi ühendamine ühes in-line etapis lihtsustab tootmist. Selle asemel, et lisada dispergeerimiseks ja mikroobide tõrjeks eraldi töötlusetapid, saavad kattematerjalide tootjad ühendada mõlemad ühte kontrollitud ultraheli töötluse (sonikeerimise) protsessi. See vähendab käsitsemist, toetab puhtamat tootmist ja parandab korratavust.

Miks biotsiidivaba töötlus muutub üha olulisemaks

Regulatiivsed, keskkonnaalased ja turunõuded kujundavad ümber koostisstrateegiaid
Üleminek madala biotsiidisisaldusega ja biotsiidivabadele kattematerjalidele on tingitud mitmest tööstuslikust tegurist. Regulatiivsed raamistikud muutuvad rangemaks, keskkonnaootused suurenevad ning kliendid nõuavad ohutumaid ja jätkusuutlikumaid tooteid, milles on vähem probleemseid aineid.
Selles kontekstis omandavad füüsikalised protsessitehnoloogiad strateegilise tähtsuse. Ultraheli töötlus (sonikeerimine) on eriti atraktiivne, sest see ei asenda lihtsalt üht lisandit teisega. See toob kasutusele mittekeemilise töötlusprintsiibi, mis parandab mehaanilise energia abil nii dispergeerimist kui ka mikroobset stabiilsust.

Koostajatele ja tootmisjuhtidele pakub see mitmeid eeliseid:

• jätkusuutlikumate tootekontseptsioonide toetamine
• väiksem sõltuvus tavapärastest säilitusainetest
• parem protsessihügieen
• tugevam positsioon järgmise põlvkonna veepõhiste kattematerjalide turul

Miks Hielscheri sonikaatorid on parim lahendus tööstuslikuks kattematerjalide tootmiseks

Täpne juhtimine korratavate töötlustingimuste tagamiseks

Hielscheri sonikaatorid on mõeldud tööstuslikuks protsessijuhtimiseks. Kattematerjalide tootmisel on ultraheli töötluse (sonikeerimise) parameetrite täpne juhtimine hädavajalik, sest koostise käitumine sõltub pigmendi tüübist, tahkete ainete sisaldusest, viskoossusest, temperatuurist, vooluhulgast ja töötlusintensiivsusest.

Hielscheri süsteemid võimaldavad täpselt reguleerida olulisi protsessiparameetreid, näiteks:

• amplituud
• rõhk
• vooluhulk / viibeaeg
• temperatuur
• energiasisend

See täpsus võimaldab tootjatel optimeerida pigmendi dispergeerimist, parandades koostise kvaliteeti ja saavutades korratava mikroobide vähenemise.

B. subtilis’e vegetatiivrakkude SEM-kujutised enne (a) ja pärast ultraheliga kiiritamist 30 min (b), (c).
Uuring ja pilt: © Hashimoto et al., 2020

Rõhutatavad läbivoolukambrid intensiivistatud ultraheli töötluseks (sonikeerimiseks)

Kõrgendatud rõhk suurendab kavitatsiooni intensiivsust
Hielscheri tehnoloogia oluline eelis on survestatavate läbivoolureaktorite kasutamine. Rõhk mõjutab tugevalt kavitatsiooni käitumist. Kõrgendatud rõhu korral muutub kavitatsioon intensiivsemaks ja tõhusamaks, mis on eriti väärtuslik nõudlike dispersioonide ja pideva mikroobide inaktiveerimise puhul.

Survestatavad läbivoolukambrid toetavad:

• intensiivistatud ultraheli töötlust
• tõhusamat deagglomeratsiooni
• paremat protsessi tõhusust

Tööstuslike katteainete tootmisettevõtete jaoks tähendab see, et ultraheli töötlust saab häälestada mitte ainult laboriskaalas teostatavuse, vaid ka tegeliku tootmise läbilaskevõime ja toote nõuete järgi.

Inline-töötlus pidevaks tootmiseks

Ultraheli töötlust saab integreerida otse tootmisliini
Hielscheri sonikaatorid sobivad väga hästi inline-töötluseks. See võimaldab veepõhiseid katteaineid töödelda pidevalt, kui need läbivad tootmissüsteemi. Inline ultraheli töötlus sobib hästi tööstuslikku tootmisse, kuna väldib tarbetut partiidena käsitsemist ning seda saab integreerida ülekandesilmustesse, retsirkulatsioonisüsteemidesse või spetsiaalsetesse protsessiliinidesse.

Inline-töötlus pakub selgeid tegevuslikke eeliseid:

• pidev töötlus määratletud tingimustel
• lihtne integreerimine olemasolevatesse tehastesse
• vähem käsitsi käsitsemist
• parem protsessi tõhusus ja ühtlus

Katteainete tootjate jaoks muudab see ultraheli töötluse praktiliseks tootmistehnoloogiaks.

Pihustuskuivatatud TiO2 enne ja pärast ultraheli jahvatamist

Lineaarne skaleeritavus laborist tööstusliku tootmiseni

Protsessiparameetreid saab usaldusväärselt üle kanda eri mastaapide vahel
Skaleerimine on protsessi arenduses kriitiline küsimus. Hielscheri ultraheli süsteemid on kavandatud lineaarseks skaleeritavuseks, mis tähendab, et labori- või pilootmastaabis kindlaks tehtud protsessitingimusi saab süstemaatiliselt üle kanda tööstuslikule tootmisele.
See on eriti oluline ettevõtetele, mis arendavad uuenduslikke vähese biotsiidisisaldusega katteaineid, sest see vähendab rakendamise riski ja aitab kiirendada kommertsialiseerimist.

Lineaarse skaleeritavuse eelised hõlmavad:

• lihtsamat protsessi arendust
• usaldusväärset üleminekut teadus- ja arendustegevusest tootmisele
• prognoositavat jõudlust suurema läbilaskevõime korral
• väiksemat skaleerimise ebakindlust

Lihtne puhastamine ja hügieeniline protsessidisain

Puhastatavus on oluline, kui eesmärgiks on mikroobne stabiilsus
Kui mikroobide tõrje on protsessi võtmeeesmärk, muutub seadmete hügieen veelgi olulisemaks. Hielscheri sonikaatorid on kavandatud praktiliseks tööstuslikuks puhastamiseks ja lihtsaks integreerimiseks hügieenilistesse protsessikeskkondadesse.

Lihtne puhastamine aitab tootjatel:

• vähendada seadmete saastumisriske
• peatada mikroobide kasvu
• lühendada puhastus- ja hooldustööd
• parandada protsessi töökindlust korduvate tootmistsüklite jooksul

Veepõhistes katteainetes, kus saaste võib püsida mahutites, surnud tsoonides ja ülekandesüsteemides, aitab lihtsasti puhastatav ultraheliseade otseselt kaasa toote stabiilsusele ja tegevuskindlusele.

Ultraheliga töödeldud kriidivärv grindomeetril näitab pigmentide täiesti ühtlast deagglomeratsiooni ja osakeste suuruse jaotust

Reprodutseeritavad tulemused tööstuslikuks kvaliteedi tagamiseks

Ühtlus on katteainete tootjatele hädavajalik
Tööstuslik värvitootmine nõuab väga reprodutseeritavaid protsessitulemusi. Optilised omadused, reoloogia, säilivusaeg ja mikrobioloogiline stabiilsus peavad püsima ühtlasena partiist partiisse ja pikkade tootmisperioodide jooksul.

Hielscheri sonikaatorid tagavad reprodutseeritavad ultraheli tingimused, mis toetavad:

• ühtlast pigmendi dispersiooni
• stabiilset osakeste suuruse vähendamist
• ühtlast mikroobide töötlust
• usaldusväärset tootekvaliteeti eri tootmispartiides

See reprodutseeritavus on oluline protsessi valideerimiseks, kvaliteeditagamiseks ja ultraheli tehnoloogia tööstuslikuks kasutuselevõtuks.

Ultraheli töötlus kui strateegiline tehnoloogia kaasaegsetele veepõhistele katteainetele

Pinnakattetööstus liigub selliste koostiste suunas, mis on jätkusuutlikumad, sisaldavad vähem ohtlikke lisaaineid ja on toimivuselt töökindlamad. Ultraheli töötlus (sonikeerimine) sobib sellesse suunda erakordselt hästi, sest see lahendab korraga kaks olulist tootmisprobleemi: vajaduse tõhusa pigmendi dispergeerimise järele ja vajaduse mikrobioloogilise stabiilsuse järele.
Kombineerides need funktsioonid ühes protsessietapis, aitab ultraheli töötlus tootjatel lihtsustada tootmist, parandada kattekihi kvaliteeti ja vähendada sõltuvust tavapärastest säilitussüsteemidest. See muudab ultraheli töötluse väga atraktiivseks fassaadivärvide, tööstuslike pinnakatete, funktsionaalsete dispersioonide, tintide ja nendega seotud veepõhiste süsteemide jaoks.
Hielscheri sonikaatorid pakuvad tööstuslikku platvormi, mida on vaja selle strateegia praktiliseks elluviimiseks. Täpne juhtimine, survestatavad läbivoolukambrid, inline-töötluse võimekus, lineaarne skaleeritavus, lihtne puhastamine ja korratavad tulemused muudavad need eriti sobivaks värvide ja pinnakatete tootmiseks.

Kasutage ära pinnakatete ultraheli dispergeerimist ja steriliseerimist

Veepõhiste pinnakatete biotsiidivaba steriliseerimine ja dispergeerimine ultraheli töötluse (sonikeerimise) abil on väga paljutõotav lähenemine kaasaegses värvitootmises. Ultraheli töötlus parandab pigmendi dispersiooni, vähendab mikroobide koormust ja toetab tugevamat toote stabiilsust ühes integreeritud protsessis. See kombinatsioon on eriti väärtuslik tööstusharus, mis on üha suurema surve all vähendada säilitusaineid, säilitades samal ajal kõrge tootekvaliteedi ja protsessi tõhususe.
Veepõhiste värvide ja pinnakatete tootjatele pakuvad Hielscheri sonikaatorid praktilist ja tööstuslikult tõestatud lahendust. Nende protsessi juhitavus, inline-integreerimine, tõhustatud läbivoolukambri konstruktsioon, skaleeritavus, hügieeniline puhastatavus ja korratav toimivus muudavad need suurepäraseks valikuks värvipigmentide samaaegseks dispergeerimiseks ja steriliseerimiseks.

Alljärgnev tabel annab ülevaate meie ultraheli seadmete ligikaudsest töötlemisvõimsusest:

Disain, tootmine ja konsulteerimine – Quality Made in Germany

Hielscheri ultraheli seadmed on tuntud oma kõrgeima kvaliteedi ja disainistandardite poolest. Vastupidavus ja lihtne kasutamine võimaldavad meie ultraheli seadmete sujuvat integreerimist tööstusrajatistesse. Hielscheri ultraheli seadmed saavad hõlpsasti hakkama karmide tingimuste ja nõudlike keskkondadega.

Hielscher Ultrasonics on ISO-sertifitseeritud ettevõte ning pöörab erilist tähelepanu kõrgjõudlusega ultraheli seadmetele, mis on varustatud tipptehnoloogia ja kasutajasõbralikkusega. Loomulikult vastavad Hielscheri ultraheli seadmed CE-nõuetele ning täidavad UL-i, CSA ja RoHs nõudeid.

Kirjandus / viited

• 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.