فراصوت برای پراکنده‌سازی و آسیاب‌کاری: رنگ و رنگدانه‌ها
فراصوت پرتوان به‌دلیل اثرات شدید و دقیقاً قابل‌کنترل خود در آسیاب‌کاری و پراکنده‌سازی شناخته شده است. این ویژگی، هموژنایزرهای فراصوتی را برای تولید خمیر رنگدانه و فرمولاسیون‌های رنگ ایدئال می‌کند. سونیکاتورهای صنعتی توزیع اندازهٔ ذرات بسیار یکنواختی در محدوده‌های میکرونی و نانومتری فراهم می‌کنند. با سونیکاتورهای Hielscher، جریان‌های با دبی حجمی بالا و گرانروی زیاد را پردازش کنید تا به ترشوندگی، پراکنده‌سازی، کلوخه‌زدایی و آسیاب‌کاری همگن دست یابید!
تولید رنگ با فراصوت
با فراصوت‌دهی، رنگ‌ها، مواد رنگی و پوشش‌های خود را بهبود دهید:
- فرمولاسیون: چه گرانروی زیاد باشد، چه میزان ذرات بالا، و چه فرمولاسیون پایه‌آبی یا پایه‌حلال باشد – با سونیکاتورهای صنعتی درون‌خطی Hielscher می‌توانید هر فرمولاسیونی را پردازش کنید.
- اندازه‌های میکرونی و نانومتری: نیروهای برشی زیاد ناشی از کاویتاسیون آکوستیکی، قطر ذرات را به اندازه‌های بسیار کوچک کاهش می‌دهند و پراکنشی یکنواخت فراهم می‌کنند. تنظیم پارامترهای فراصوت‌دهی متناسب با الزامات ذرات و فرمولاسیون شما، تولید مطمئن رنگدانه‌هایی با اندازهٔ نانومتری را امکان‌پذیر می‌کند.
- خواص نوری: برای دستیابی به خواص نوری مناسب، باید اندازهٔ ذرات رنگدانه کنترل شود. معمولاً کدری با اندازهٔ ذرات ارتباط دارد: هرچه اندازهٔ ذرات ریزتر باشد، کدری بیشتر است. برای مثال، TiO2 به‌طور مشخص تا اندازهٔ ذرات 0٫20 تا 0٫3 میکرون پردازش می‌شود که تقریباً معادل نصف طول موج نور است. فراصوت‌دهی، رنگدانه‌های TiO2 را به اندازهٔ بهینهٔ آن‌ها می‌رساند تا حداکثر قدرت پوشانندگی حاصل شود.
- ذرات با عملکرد بالا: اندازه‌های کوچک‌تر ذرات به اشباع رنگ بیشتر، یکنواختی رنگ و پایداری بالاتر منجر می‌شوند. نیروهای شدید و درعین‌حال دقیقاً قابل‌کنترل فراصوت، تولید نانوذرات اصلاح‌شده و عامل‌دارشده، مانند ذرات پوشش‌دار، SWNTs، MWCNTs و ذرات هسته–پوسته را امکان‌پذیر می‌کنند. این ذرات ویژگی‌های منحصربه‌فردی دارند و فرمولاسیون‌های رنگ یا پوشش را به سطح تازه‌ای از کیفیت و عملکرد می‌رسانند (برای مثال، مقاومت در برابر UV، مقاومت در برابر خراش، استحکام، چسبندگی، مقاومت حرارتی بالا و بازتابندگی تابش فروسرخ و خورشیدی).
- ذرات اصلاح‌شده: رنگدانه‌های اصلاح‌شده از نظر سطحی، در میزان بالای رنگدانه گرانروی بسیار کمی دارند (2٫5cP در 10% مواد جامد) و از پایداری برتر سوسپانسیون و خلوص بالا برخوردارند. عامل‌دارسازی ذرات به کمک فراصوت، سنتز رنگدانه‌های با عملکرد بالا و ویژگی‌های خاص را ساده می‌کند.
پردازش فراصوتی روشی قدرتمند برای آسیاب‌کاری و پراکنده‌سازی خمیرهای رنگدانه است.
- تولید فرمولاسیون‌های نهایی
- تولید مستربچ‌های خمیر رنگدانه
- ریزتر کردن ذرات پس از آسیاب‌کاری متداول
خمیرهای رنگدانه که با استفاده از کاویتاسیون فراصوتی و نیروهای برشی زیاد آسیاب و پراکنده می‌شوند، کاهش چشمگیر اندازه و توزیع یکنواختی را نشان می‌دهند. نمودار بالا نشان می‌دهد که با افزایش انرژی فراصوتی، میزان کاهش اندازه بیشتر می‌شود.
برای تولید رنگ، اجزایی مانند رنگدانه‌ها، چسباننده‌ها/ مواد فیلم‌ساز، رقیق‌کننده‌ها/ حلال‌ها، رزین‌ها، پرکننده‌ها و افزودنی‌ها باید با هم مخلوط شوند تا فرمولاسیونی همگن حاصل شود. رنگدانه‌ها جزء تعیین‌کننده‌ای هستند که به رنگ، فام می‌دهند. مهم‌ترین رنگدانهٔ سفید TiO2 است که باید آسیاب شود تا قطر ذرات آن به اندازهٔ بهینهٔ بین 0٫2 و 0٫3 میکرون برسد و درجهٔ مطلوب سفیدی، درخشندگی، کدری و ضریب شکست بسیار بالا را نشان دهد. نیروهای برشی فراصوتی، کلوخه‌زدایی و پراکنده‌سازی ذرات TiO2 را بسیار مؤثر و با بهره‌وری انرژی بالا انجام می‌دهند (تصویر زیر را ببینید).
تصویر TEM از سوسپانسیون نانوذرات TiO2 پراکنده‌شده با فراصوت، در غلظت‌های مختلف مواد جامد. فراصوت‌دهی با استفاده از دستگاه زیر انجام شد: سونیکاتور UIP1000hdT
چپ: انرژی فراصوتی ورودی 1٫8 × 105 J/L – راست: انرژی فراصوتی ورودی 5٫4 × 105 J/L
(پژوهش و تصاویر: ©Fasaki et al., 2012)
آسیاب‌کاری و پراکنده‌سازی فراصوتی با بهبود قدرت رنگ‌دهی، چگالی، درجهٔ نرمی آسیاب، پراکنش و رئولوژی، کیفیت رنگ را ارتقا می‌دهند.
شرایط پراکنده‌سازی و آسیاب‌کاری فراصوتی
کیفیت رنگ‌ها و پوشش‌ها به پراکنش همگن رنگدانه‌ها بستگی دارد. Hielscher Ultrasonics تجهیزات مؤثر آسیاب‌کاری و خردایش را برای پراکنده‌سازی رنگ، به‌ویژه برای فرمولاسیون‌هایی با میزان بالای رنگدانه، عرضه می‌کند. سازوکار دستگاه‌های پراکنده‌ساز فراصوتی در کاربردهای آسیاب‌کاری، خردایش، کلوخه‌زدایی و پراکنده‌سازی، عمدتاً بر اصل برش ناشی از کاویتاسیون فراصوتی استوار است. نیروهای برشی کاویتاسیونی لازم برای جداسازی ذرات، بر اثر اختلاف فشارهای زیاد، نقاط داغ موضعی و جت‌های مایع تولید می‌شوند و در نتیجه، ذرات بر اثر برخورد با یکدیگر شکسته می‌شوند.
پراکنده‌سازهای فراصوتی صنعتی مانند UIP16000hdT با 16٬000 وات به‌ازای هر پروب فراصوتی، ظرفیت پردازش جریان‌های رنگ و پوشش با دبی حجمی بالا را دارند.
پردازش فراصوتی: 7x UIP1000hdT
رنگ گچی فراصوت‌دهی‌شده روی گرایندومتر، کلوخه‌زدایی و توزیع اندازهٔ ذرات کاملاً یکنواخت رنگدانه‌ها را نشان می‌دهد
پراکنده‌سازی نانوذرات
آسیاب‌کاری و پراکنده‌سازی فراصوتی اغلب تنها روش پردازش کارآمد نانوذرات برای دستیابی به ذرات اولیهٔ پراکنده‌شده به‌صورت منفرد است. کوچک بودن اندازهٔ ذرات اولیه به مساحت سطح زیاد منجر می‌شود و با بروز ویژگی‌ها و عملکردهای منحصربه‌فرد ذرات ارتباط دارد. هم‌زمان، اندازهٔ کوچک‌تر ذرات با انرژی سطحی بالا و در نتیجه تجمع و واکنش‌پذیری شدیدتر همراه است؛ بنابراین برای پراکنده‌سازی همگن نانوذرات در فرمولاسیون، نیروهای شدید پراکنده‌سازی فراصوتی لازم است.
علاوه بر این، تیمار سطحی فراصوتی می‌تواند نانوذرات را اصلاح کند و به بهبود پراکنده‌پذیری، پایداری پراکنش، آب‌گریزی و سایر ویژگی‌ها منجر شود.
پژوهشگران روش پراکنده‌سازی فراصوتی را به‌عنوان راهکار ترجیحی برای نانوذرات توصیه کرده‌اند، «زیرا مادهٔ پراکنده‌شده با روش فراصوتی بسیار خالص‌تر از ماده‌ای است که با آسیاب‌کاری مهره‌ای تولید می‌شود.» [Kim et al. 2010].
رنگدانه‌های سیاه UV: پیش و پس از فراصوت‌دهی
روش پراکنده‌سازی فراصوتی در مقایسه با فناوری‌های متداول آسیاب‌کاری، مانند آسیاب‌های سه‌غلتکی، گلوله‌ای یا دارای محیط آسیاب، مزایای بسیاری دارد.
با ما تماس بگیرید! / از ما بپرسید!
منابع علمی / مراجع
- 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.
دانستنی‌ها
هموژنایزرهای فراصوتی بافت اغلب با نام‌های سونیکاتور پروبی/ سونیفیکاتور، لیزکنندهٔ صوتی، تخریب‌کنندهٔ فراصوتی، آسیاب فراصوتی، سونو‌راپتور، سونیفایر، متلاشی‌کنندهٔ صوتی، تخریب‌کنندهٔ سلولی، پراکنده‌ساز فراصوتی، امولسیون‌ساز یا حل‌کننده شناخته می‌شوند. این اصطلاحات مختلف از کاربردهای گوناگونی ناشی می‌شوند که با فراصوت‌دهی قابل انجام هستند.
Hielscher Ultrasonics هموژنایزرهای فراصوتی با عملکرد بالا را در مقیاس‌های آزمایشگاهی تا صنعتی تولید می‌کند.