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

Nano-hajutatud 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 dispergeeritud mustade pigmentide kohta tindiprinteri tindis. Ultraheli ravi 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 nanoosakeste hajutamiseks, suuruse vähendamiseks ja ühtlaseks jaotumiseks väga tõhusad.
See tähendab, et nanoosakeste ultraheliga töötlemine 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 tindiprinterit 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 värvide parema paljunemise.
• Teiseks võivad homogeenselt dispergeeritud nanoosakesed suurendada tindiprinteri tindi vastupidavust pleekimisele, veele ja määrdumisele. Seda seetõttu, et nanoosakesed võivad paberi või muu substraadiga tugevamalt siduda, luues vastupidavama ja kauem kestva pildi. Lisaks võivad nanoosakesed takistada tindi veritsemist 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, kui tegemist on nanoosakeste jahvatamise ja segamisega 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 fotode printimine ja kaunite kunstide printimine.

Protsessi parameetrite ja dispersioonitulemuste kontroll

Tindi pigmentide osakeste suurus ja osakeste suuruse jaotumine mõjutavad paljusid toote omadusi, nagu toonimise tugevus või trükikvaliteet. Kui tegemist on tindipritsi trükkimisega, võib väike kogus suuremate osakeste põhjustada dispersiooni ebastabiilsust, settimist või tindipritsi düüsi riket. Seetõttu on oluline, et tindiprinteri tindikvaliteet kontrolliks tootmises kasutatava suuruse vähendamise protsessi hästi.

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 sama aja jooksul kokku identsete ultrahelitöötluse parameetritega, kitsendab ja nihutab ultraheliuuring tavaliselt jaotuskõverat, mitte laiendades seda. Ultraheli dispersioon tekitab suhteliselt sümmeetrilisi osakeste suuruse jaotusi. Üldiselt on õige saba – kõvera negatiivne viltus, mis on põhjustatud nihkumisest jämedatele materjalidele ("saba" paremal) – ultraheliga proovides ei saa täheldada.

Dispersioon kontrollitud temperatuuridel: protsessi jahutamine

Temperatuurispetsiifiliste sõidukite jaoks pakub Hielscher kõiki labori- ja tööstusseadmetele ventilatsioonireaktoreid. Sisemine reaktori seinte jahutamisega saab protsessi kuumust tõhusalt hajutada.

Allolevatel piltidel on kujutatud tahmapigmenti, mis on hajutatud ultraheli sondiga UIP1000hdT UV-tindis.

Ultraheli dispersioon tagab süsiniku tahma pigmentide tõhusa osakeste suuruse vähendamise ja ühtlase jaotumise UV-tindis.

Tindiprinteri tintide hajutamine ja deagglomeratsioon 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 tootmisel partiidena 0,5 kuni umbes 2000L või voolukiirusega 0,1L kuni 20m³ tunnis. Erinevalt teistest dispergeerimis- ja freesimistehnoloogiatest saab ultraheli kergesti skaleerida, kuna kõiki olulisi protsessiparameetreid saab lineaarselt skaleerida.

Allolevas tabelis on toodud üldised ultrasonikaatori soovitused 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 on kõrge rõhu all, 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 sondi või sarve kaudu vedelikku. 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 energia sisendit, samuti muid olulisi protsessiparameetreid, nagu temperatuur ja rõhk, saab täpselt kontrollida, võimaldades protsessi kohandada rakenduse konkreetsetele vajadustele. See täpne protsessijuhtimine on ultrahelitöötluse üks silmapaistvaid eeliseid, kuna kvaliteetseid tooteid saab usaldusväärselt ja reprodutseeritavalt toota 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 seda saab mõne minuti jooksul hõlpsasti asendada. Võnkumist lahutavad äärikud võimaldavad sonotrode paigaldada avatud või suletud survestatavatesse mahutitesse või voolurakkudesse mis tahes suunas. Laagreid pole vaja. Vooluelemendi reaktorid on tavaliselt valmistatud roostevabast terasest ja neil on lihtne geomeetria ning neid saab hõlpsasti lahti võtta ja pühkida. Puuduvad väikesed avaused või peidetud nurgad.

Ultraheli puhastaja kohapeal

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