Tindi ultraheli suuruse vähendamine (nt tindiprinteri puhul)

Ultraheli kavitatsioon on tõhus vahend tindipigmentide hajutamiseks ja mikrogrindimiseks (märgjahvatamiseks). Ultraheli dispergeerijaid kasutatakse edukalt nii teadusuuringutes kui ka UV-, vee- või lahustipõhiste tindiprinterite tööstuslikus tootmises.

Nano-dispergeeritud tindiprinteri tindid

Ultraheli on väga efektiivne osakeste suuruse vähendamisel vahemikus 500 μm kuni umbes 10 nm.
Kui ultraheli kasutatakse nanoosakeste hajutamiseks tindiprinteri tindis, saab tindi värvitooni, vastupidavust ja prindikvaliteeti oluliselt parandada. Seetõttu kasutatakse sondi tüüpi ultrasonikaatoreid laialdaselt nanoosakesi sisaldavate tindiprinteri tintide, spetsiaalsete tintide (nt juhtivad tindid, 3D-prinditavad tindid, tätoveerimistindid) ja värvide tootmisel.
 

Alltoodud graafikud näitavad näidet ultraheliga töötlemata vs ultraheliga hajutatud mustade pigmentide kohta tindiprinteri tindis. Ultraheliravi viidi läbi ultraheli sondiga UIP1000hdT. Ultraheli töötlemise tulemus on nähtavalt väiksem osakeste suurus ja väga kitsas osakeste suuruse jaotus.

Ultraheli dispersiooni tulemuseks on oluliselt väiksemad ja ühtlasemad tindipigmendid. (roheline graafik: enne ultrahelitöötlust – punane graafik: pärast ultrahelitöötlust)

Kuidas ultraheli dispersioon parandab tindiprinteri tindi kvaliteeti?

Suure intensiivsusega ultrasonikaatorid on väga tõhusad nanoosakeste hajutamiseks, suuruse vähendamiseks ja ühtlaseks jaotamiseks.
See tähendab, et nanoosakeste isperdamine ultraheliga tindiprinteri tindiga võib parandada selle jõudlust ja vastupidavust. Nanoosakesed on väga väikesed osakesed, mille suurus on vahemikus 1 kuni 100 nanomeetrit, ja neil on ainulaadsed omadused, mis võivad tindiprinteri tinti mitmel viisil täiustada.

• Esiteks võivad nanoosakesed parandada tindiprinteri tindi värvigammat, mis viitab toodetavate värvide valikule. Kui nanoosakesed on sondi tüüpi ultrasonikaatoriga ühtlaselt hajutatud, on tindil järelikult erksamad ja küllastunud värvid. Seda seetõttu, et nanoosakesed võivad hajutada ja peegeldada valgust viisil, mida traditsioonilised värvained ja pigmendid ei suuda, mis toob kaasa parema värvide paljunemise.
• Teiseks võivad homogeenselt dispergeeritud nanoosakesed suurendada tindiprinteri tindi vastupidavust tuhmumisele, veele ja määrdumisele. Seda seetõttu, et nanoosakesed võivad paberi või muu aluspinnaga tugevamalt siduda, luues vastupidavama ja kauem kestva pildi. Lisaks võivad nanoosakesed takistada tindi sattumist paberisse, mis võib põhjustada määrdumist ja vähendada prinditud pildi teravust.
• Lõpuks võivad ultraheli hajutatud nanoosakesed parandada ka tindiprinteri tindi prindikvaliteeti ja eraldusvõimet. Ultraheli dispergeerijad on erakordselt tõhusad nanoosakeste jahvatamisel ja segamisel vedelikes. Kasutades väiksemaid osakesi, võib tint luua peenemaid ja täpsemaid jooni, mille tulemuseks on teravamad ja selgemad pildid. See on eriti oluline sellistes rakendustes nagu kvaliteetne fototrükk ja kaunite kunstide printimine.

Protsessi parameetrite ja dispersioonitulemuste kontroll

Tindipigmentide osakeste suurus ja osakeste suuruse jaotus mõjutavad paljusid toote omadusi, näiteks toonimistugevust või trükikvaliteeti. Kui tegemist on tindiprinteri printimisega, võib väike kogus suuremaid osakesi põhjustada dispersiooni ebastabiilsust, settimist või tindiprinteri düüside rikkeid. Sel põhjusel on oluline, et tindiprinteri tindikvaliteedil oleks hea kontroll tootmises kasutatava suuruse vähendamise protsessi üle.

Tindiprinteri tintide nanodispersioonide tekstisisene töötlemine

Hielscheri ultraheli reaktoreid kasutatakse tavaliselt in-line. Tindiprinteri tint pumbatakse reaktorianumasse. Seal puutub see kokku ultraheli kavitatsiooniga kontrollitud intensiivsusega. Kokkupuuteaeg tuleneb reaktori mahust ja materjali etteandekiirusest. Inline ultrahelitöötlus kõrvaldab möödasõidu, sest kõik osakesed läbivad reaktorikambri pärast kindlaksmääratud teed. Kuna kõik osakesed puutuvad iga tsükli jooksul samal ajal kokku identsete ultrahelitöötluse parameetritega, kitsendab ja nihutab ultraheliuuring tavaliselt jaotuskõverat, mitte seda laiendades. Ultraheli dispersioon tekitab suhteliselt sümmeetrilisi osakeste suuruse jaotusi. Üldiselt on õige saba – kõvera negatiivne kalle, mis on põhjustatud nihkest jämedatele materjalidele ("saba" paremal) – ultraheliga töödeldud proovides ei saa täheldada.

Dispersioon kontrollitud temperatuuridel: protsessi jahutamine

Temperatuuritundlikele sõidukitele pakub Hielscher kõigi labori- ja tööstusseadmete jaoks kaetud voolurakureaktoreid. Reaktori siseseinte jahutamisega saab protsessi soojust tõhusalt hajutada.

Alltoodud pildid näitavad tahmapigmenti, mis on hajutatud ultraheli sondiga UIP1000hdT UV-tindis.

Ultraheli dispersioon tagab efektiivse osakeste suuruse vähendamise ja tahmapigmentide ühtlase jaotumise UV-tindis.

Tindiprinteri tintide hajutamine ja deagglomereerimine mis tahes skaalal

Hielscher teeb ultraheli hajutamisseadmeid tintide töötlemiseks mis tahes mahus. Ultraheli labori homogenisaatoreid kasutatakse mahtudes alates 1,5 ml kuni umbes 2L ja need sobivad ideaalselt nii tindipreparaatide R + D etapiks kui ka kvaliteedikatseteks. Lisaks võimaldab teostatavuskatse laboris täpselt valida kaubanduslikuks tootmiseks vajaliku seadme suuruse.
Tööstuslikke ultraheli dispergeerijaid kasutatakse partiide tootmisel vahemikus 0,5 kuni umbes 2000L või voolukiirused 0,1L kuni 20m³ tunnis. Erinevalt teistest hajutamis- ja freesimistehnoloogiatest saab ultraheliuuringut kergesti suurendada, kuna kõiki olulisi protsessiparameetreid saab lineaarselt skaleerida.

Allolev tabel näitab üldisi ultrasonikaatori soovitusi sõltuvalt töödeldava partii mahust või voolukiirusest.

 
Kuidas ultraheli dispergeerijad töötavad? – Akustilise kavitatsiooni tööpõhimõte
Ultraheli kavitatsioon on protsess, mis kasutab kõrgsageduslikke helilaineid, et tekitada vedelikus väikesed gaasimullid. Kui mullid alluvad kõrgele rõhule, võivad nad kokku kukkuda või implodeeruda, vabastades energiapuhangu. Seda energiat saab kasutada osakeste hajutamiseks vedelikus, lagundades need väiksemateks suurusteks.
Ultraheli kavitatsioonis tekitavad helilained ultraheli andur, mis on tavaliselt paigaldatud sondile või sarvele. Andur muundab elektrienergia mehaaniliseks energiaks helilainete kujul, mis seejärel edastatakse vedelikku sondi või sarve kaudu. Kui helilained jõuavad vedelikku, tekitavad nad kõrgsurvelaineid, mis võivad põhjustada gaasimullide implodeerumist.
Ultraheli kavitatsiooniks dispersiooniprotsessides on mitmeid potentsiaalseid rakendusi, sealhulgas emulsioonide tootmine, pigmentide ja täiteainete dispersioon ning osakeste deagglomeratsioon. Ultraheli kavitatsioon võib olla tõhus viis osakeste hajutamiseks, sest see võib tekitada suuri nihkejõude ja energiasisendit ning muid olulisi protsessiparameetreid, nagu temperatuur ja rõhk, saab täpselt kontrollida, võimaldades protsessi kohandada rakenduse konkreetsetele vajadustele. See täpne protsessi juhtimine on ultrahelitöötluse üks silmapaistvamaid eeliseid, kuna kvaliteetsed tooted võivad olla usaldusväärsed ja reprodutseeritavad ning välditakse osakeste või vedeliku soovimatut lagunemist.

Tugev ja lihtne puhastada

Ultraheli reaktor koosneb reaktori anumast ja ultraheli sonotrode'ist. See on ainus osa, mis on kulunud ja mida saab mõne minuti jooksul hõlpsasti asendada. Võnkumise lahtisidumise äärikud võimaldavad sonotrode paigaldada avatud või suletud survestatavatesse mahutitesse või voolurakkudesse mis tahes suunas. Laagreid pole vaja. Vooluelemendireaktorid on tavaliselt valmistatud roostevabast terasest ja neil on lihtsad geomeetriad ning neid saab hõlpsasti lahti võtta ja pühkida. Puuduvad väikesed avad või peidetud nurgad.

Ultraheli puhastaja paigas

Rakenduste hajutamiseks kasutatav ultraheli intensiivsus on palju suurem kui tüüpilise ultraheli puhastamise puhul. Seetõttu saab ultraheli võimsust kasutada puhastamiseks loputamise ja loputamise ajal, kuna ultraheli kavitatsioon eemaldab osakesed ja vedelad jäägid sonotrode'ist ja voolu rakuseintest.