Vesipohjaisten pinnoitteiden biosidivapaa sterilointi ja dispersioiminen

Vesipohjaisia pinnoitteita käytetään laajalti, koska ne tukevat alhaisen VOC-pitoisuuden omaavia koostumuksia, turvallisempaa käsittelyä ja kestävämpää tuotantoa. Samalla niiden vesipitoisuus tekee niistä erittäin alttiita mikrobien aiheuttamalle kontaminaatiolle. Bakteerit, hiivat ja homeet voivat kulkeutua tuotteeseen raaka-aineiden, säiliöiden, putkistojen, täyttöjärjestelmien tai ympäristön kautta valmistuksen ja varastoinnin aikana. Kun saastuminen tapahtuu, mikro-organismit voivat lisääntyä nopeasti ja vaarantaa sekä tuotteen laadun että säilyvyyden.
Tämän vuoksi mikrobistabiilisuus on kriittinen laatutekijä vesipohjaisissa maaleissa, pinnoitteissa, painoväreissä ja pigmenttidispersioissa.

Sonikaatio yhdistää pigmenttien dispergoimisen ja mikrobien torjunnan yhdessä teollisessa prosessissa.

Perinteisesti valmistajat luottavat säilöntäaineisiin ja tölkissä oleviin biosideihin pilaantumisen estämiseksi. Lisääntyvä sääntelypaine ja puhtaampien koostumusten kasvava kysyntä ajavat kuitenkin etsimään vaihtoehtoja. Korkean intensiteetin sonikointi tarjoaa erittäin tehokkaan ratkaisun, sillä se mahdollistaa samanaikaisen dispergoimisen ja steriloinnin yhdessä prosessivaiheessa.
Pinnoitevalmistajille tämä tarkoittaa, että ultraäänikäsittely ei ole vain dispersiotekniikka. Se on myös tehokas prosessityökalu mikrobiologisen vakauden parantamiseen ja tukee samalla vähäbioidisia tai biosidittomia formulointistrategioita.

Miksi mikrobien stabiilisuus on teollisesti kriittinen tekijä vesiohenteisissa maaleissa?

Mikrobikontaminaatio vaikuttaa suoraan tuotteiden laatuun ja prosessin luotettavuuteen: Maalien mikrobistabiilisuudella on suuri teollinen merkitys, koska mikrobikasvu voi aiheuttaa erilaisia tuotevirheitä ja tuotanto-ongelmia. Vesipohjaiset valmisteet sisältävät usein orgaanisia ainesosia, kuten sideaineita, dispergointiaineita, kostutusaineita, sakeuttamisaineita ja vaahdonestoaineita. Nämä komponentit voivat luoda suotuisan ympäristön mikrobien kasvulle, jos kontaminaatio tapahtuu käsittelyn tai varastoinnin aikana.

Teollisuuskäytännössä riittämätön mikrobien hallinta voi johtaa:

• viskositeetin vaihtelu ja pH:n muutokset
• kaasunmuodostus ja säiliön turpoaminen
• paha haju ja värimuutokset
• heikentynyt varastointistabiilisuus
• kalvovirheet ja epäjohdonmukainen levityskäyttäytyminen
• lisääntynyt puhdistustiheys ja saastumisesta johtuvat seisokkiajat

Mikrobien aiheuttama pilaantuminen ei ainoastaan vahingoita tuotetta. Se voi myös aiheuttaa toistuvia hygieniaongelmia säiliöissä, putkissa ja kierrätyssilmukoissa, mikä johtaa tuotantotappioihin, jälkitöihin, asiakasvalituksiin ja hävittämiskustannuksiin. Tästä syystä mikrobien stabiilisuus ei ole toissijainen ominaisuus. Se on kaupallisesti menestyvien vesipohjaisten pinnoitteiden keskeinen vaatimus.

Miten sonikointi toimii vesipohjaisissa pinnoitteissa

Akustinen kavitaatio aiheuttaa voimakasta leikkausta ja mikrobien hajoamista: Suuritehoinen ultraääni toimii akustisen kavitaation avulla. Kun ultraääniaallot kulkevat nesteen läpi, mikroskooppiset kuplat muodostuvat, kasvavat ja imploituvat. Nämä kavitaatiotapahtumat synnyttävät erittäin paikallisia leikkausvoimia, turbulenssia, paineen muutoksia ja mikrosuihkuja.
Vesipohjaisissa pinnoitteissa nämä vaikutukset ovat arvokkaita, koska ne vaikuttavat samanaikaisesti sekä hiukkasiin että mikro-organismeihin. Pigmenttiagglomeraatit hajoavat tehokkaasti hienojakoisemmiksi hiukkasiksi, kun taas mikrobisolut vaurioituvat mekaanisesti ja inaktivoituvat. Tämän vuoksi sonikaatio on erityisen houkutteleva formulaatioissa, joissa sekä dispersion laatu että mikrobien stabiilisuus ovat olennaisia.

Yksi prosessivaihe tuottaa kaksi kriittistä toimintoa

Sen sijaan, että pigmentin dispergointia ja mikrobien hallintaa käsiteltäisiin erillisinä tehtävinä, sonikointi yhdistää ne yhdeksi toimenpiteeksi. Tämä kaksoisvaikutus tarjoaa selkeän teollisen edun.

Sama ultraäänienergia, joka hajottaa pigmenttiklusterit ja hajottaa hiukkaset tasaisesti, voi myös vähentää pinnoitteen elinkelpoista mikrobikuormaa. Tämän seurauksena sonikointi tukee:

• hienojakoisempi ja tasaisempi pigmenttidispersio
• parannettu värin vahvuus ja optinen johdonmukaisuus
• vähentynyt mikrobikontaminaatio käsittelyn aikana
• vesipohjaisten tuotteiden parempi varastointistabiilisuus
• pienempi riippuvuus säilöntäaineista ja tölkissä olevista biosideistä.

Tämän vuoksi sonikointi on erittäin tärkeää kehitettäessä kestävämpiä ja puhtaampia pinnoitusjärjestelmiä.
 

Ultraäänellä dispergoitu piidioksidi: punainen käyrä. – käsittelemätön; vihreä käyrä: ultraäänidispersion jälkeen.

Maalipigmenttien samanaikaisen dispersion ja steriloinnin edut

1. Parempi dispersion laatu parantaa pinnoituskykyä
   Pigmentit ja täyteaineet muodostavat usein agglomeraatteja, joita on vaikea rikkoa riittämättömällä mekaanisella energialla. Sonikaatio tuottaa voimakasta ja kohdennettua leikkausta, mikä tekee siitä erittäin tehokkaan deagglomeroinnin ja hiukkaskoon pienentämisen kannalta. Hienojakoisempi dispersio voi parantaa useita lopullisen pinnoitteen suorituskykyominaisuuksia, kuten värin kehittymistä, peittävyyttä, kiiltoa ja pitkäaikaiskestävyyttä.
2. Samanaikainen sterilointi tukee biosidin vähentämistä
   Samalla ultraäänikavitaatio voi vahingoittaa nestefaasissa olevia mikrobisoluja. Tämä vähentää kontaminaatiota tuotevirrassa ja auttaa parantamaan mikrobien stabiilisuutta ilman, että turvaudutaan yksinomaan kemialliseen säilytykseen. Valmistajille, jotka pyrkivät käyttämään vähän biosideja sisältäviä tai biosidittömiä järjestelmiä, tämä on merkittävä prosessietu.
3. Prosessien tehostaminen vähentää monimutkaisuutta
   Kahden keskeisen prosessitavoitteen yhdistäminen yhteen inline-vaiheeseen yksinkertaistaa tuotantoa. Sen sijaan, että pinnoitetuottajat lisäisivät erillisiä käsittelyvaiheita dispersiota ja mikrobien hallintaa varten, he voivat yhdistää molemmat yhteen hallittuun sonikointiprosessiin. Tämä vähentää käsittelyä, tukee puhtaampaa tuotantoa ja parantaa toistettavuutta.

Miksi biosidivapaa jalostus kasvattaa merkitystään?

Sääntely-, ympäristö- ja markkinavaatimukset muokkaavat muotoilustrategioita.
Siirtyminen kohti vähän biosideja sisältäviä ja biosidittomia pinnoitteita johtuu useista teollisuustekijöistä. Sääntelypuitteet ovat tiukentumassa, ympäristöodotukset kasvavat ja asiakkaat vaativat turvallisempia ja kestävämpiä tuotteita, joissa on vähemmän huolta aiheuttavia aineita.
Tässä yhteydessä fysikaaliset prosessitekniikat saavat strategisen merkityksen. Sonikointi on erityisen houkutteleva, koska sillä ei pelkästään korvata yhtä lisäainetta toisella. Siinä otetaan käyttöön ei-kemiallinen käsittelyperiaate, joka parantaa sekä dispersiota että mikrobien stabiilisuutta mekaanisen energian avulla.

Formuloijille ja tuotantopäälliköille tämä tarjoaa useita etuja:

• tuki kestävämmille tuotekonsepteille
• vähentynyt riippuvuus tavanomaisista säilöntäaineista
• parannettu prosessihygienia
• vahvempi asema seuraavan sukupolven vesipohjaisia pinnoitteita varten

Miksi Hielscher Sonicators ovat paras ratkaisu teolliseen pinnoitetuotantoon?

Tarkka ohjaus toistettavien käsittelyolosuhteiden varmistamiseksi

Hielscherin kaikuluotaimet on suunniteltu teollisuuden prosessien valvontaan. Pinnoitteiden tuotannossa sonikaatioparametrien tarkka hallinta on välttämätöntä, koska koostumuksen käyttäytyminen riippuu pigmenttityypistä, kiintoainepitoisuudesta, viskositeetista, lämpötilasta, virtausnopeudesta ja käsittelyn voimakkuudesta.

Hielscherin järjestelmät mahdollistavat tärkeiden prosessiparametrien tarkan säätämisen, kuten:

• Amplitudi
• Paine
• virtausnopeus / viipymäaika
• lämpötila
• energian syöttö

Tämä tarkkuus antaa valmistajille mahdollisuuden optimoida pigmenttidispersion, parantaa koostumuksen laatua ja saavuttaa toistettavissa oleva mikrobien vähentäminen.

SEM-kuvat B. subtilis -kasvullisista soluista ennen (a) ja 30 minuutin ultraäänisäteilytyksen jälkeen (b), (c).
Tutkimus ja kuva: © Hashimoto et al., 2020.

Paineistettavat virtaussolut tehostettua sonikointia varten

Kohonnut paine lisää kavitaation voimakkuutta
Hielscherin teknologian keskeinen etu on paineistettavien virtaussolureaktoreiden käyttö. Paine vaikuttaa voimakkaasti kavitaatiokäyttäytymiseen. Kohonneessa paineessa kavitaatiosta tulee voimakkaampaa ja tehokkaampaa, mikä on erityisen arvokasta vaativissa dispersioissa ja jatkuvassa mikrobien inaktivoinnissa.

Paineistettavat virtauskennot tukevat:

• tehostettu ultraäänihoito
• tehokkaampi deagglomerointi
• prosessin tehokkuuden parantaminen
• vahvempi suorituskyky jatkuvassa käytössä

Teollisissa pinnoituslaitoksissa tämä tarkoittaa, että ultraäänikäsittely voidaan virittää laboratoriomittakaavan toteutettavuuden lisäksi myös todellisen tuotantokapasiteetin ja tuotevaatimusten mukaan.

Inline-käsittely jatkuvaa valmistusta varten

Sonikaatio voidaan integroida suoraan tuotantolinjaan.
Hielscherin kaikuluotaimet soveltuvat erinomaisesti inline-käsittelyyn. Näin vesipohjaisia pinnoitteita voidaan käsitellä jatkuvasti niiden kulkiessa tuotantojärjestelmän läpi. Inline-äänihoito sopii hyvin teolliseen valmistukseen, koska sillä vältetään tarpeeton eräkäsittely, ja se voidaan integroida siirtosilmukoihin, kierrätysjärjestelmiin tai erillisiin prosessilinjoihin.

Inline-käsittely tarjoaa selkeitä toiminnallisia etuja:

• jatkuva hoito määritellyissä olosuhteissa
• helpompi integrointi olemassa oleviin laitoksiin
• vähemmän manuaalista käsittelyä
• prosessien tehokkuuden ja johdonmukaisuuden parantaminen

Pinnoitteiden valmistajien kannalta tämä tekee sonikaatiosta käytännöllisen tuotantoteknologian eikä pelkästään laboratoriomenetelmän.

Ruiskukuivattu TiO2 ennen ultraäänijyrsintää ja sen jälkeen

Lineaarinen skaalautuvuus laboratoriosta teolliseen tuotantoon

Prosessiparametrit voidaan siirtää luotettavasti eri mittakaavojen välillä
Laajentaminen on kriittinen kysymys prosessien kehittämisessä. Hielscherin ultraäänijärjestelmät on suunniteltu lineaariseen skaalautuvuuteen, mikä tarkoittaa, että laboratorio- tai pilot-mittakaavassa määritetyt prosessiolosuhteet voidaan järjestelmällisesti siirtää teolliseen tuotantoon.
Tämä on erityisen tärkeää yrityksille, jotka kehittävät innovatiivisia, vähän biosideja sisältäviä pinnoitteita, koska se vähentää riskejä käyttöönoton aikana ja nopeuttaa kaupallistamista.

Lineaarisen skaalautuvuuden etuja ovat:

• helpompi prosessien kehittäminen
• luotettava siirto R&D tuotantoon
• ennakoitavissa oleva suorituskyky suuremmalla läpimenoteholla
• pienempi epävarmuus skaalautumisen suhteen

Helppo puhdistus ja hygieeninen prosessisuunnittelu

Puhdistettavuudella on merkitystä, kun tavoitteena on mikrobien stabiilius.
Jos mikrobien hallinta on keskeinen prosessitavoite, laitehygienia on entistäkin tärkeämpää. Hielscherin kaikuluotain on suunniteltu käytännön teolliseen puhdistukseen ja helppoon integrointiin hygieenisiin prosessiympäristöihin.

Helppo puhdistus auttaa valmistajia:

• vähentää laitteiden kontaminaatioriskiä
• tukevat johdonmukaista mikrobien hallintaa
• lyhentää puhdistus- ja huoltotöitä
• parantaa prosessin luotettavuutta toistuvien tuotantosyklien aikana

Vesipohjaisissa pinnoitteissa, joissa epäpuhtaudet voivat säilyä säiliöissä, umpisäiliöissä ja siirtojärjestelmissä, helposti puhdistettavat ultraäänilaitteet edistävät suoraan tuotteen vakautta ja toiminnan kestävyyttä.

Grindometrin sonikoitu liitumaali osoittaa pigmenttien täysin tasaisen deagglomeraatio- ja hiukkaskokojakauman

Toistettavat tulokset teollisuuden laadunvarmistusta varten

Johdonmukaisuus on tärkeää pinnoitteiden valmistajille
Teollisessa maalaustuotannossa tarvitaan erittäin hyvin toistettavia prosessituloksia. Optisten ominaisuuksien, reologian, säilyvyyden ja mikrobiologisen stabiilisuuden on pysyttävä samanlaisina erästä toiseen ja pitkien tuotantojaksojen ajan.

Hielscherin kaikuluotaimet tarjoavat toistettavat ultraääniolosuhteet, jotka tukevat:

• tasainen pigmenttidispersio
• vakaa hiukkaskoon pienentäminen
• johdonmukainen mikrobikäsittely
• luotettava tuotteen laatu kaikissa tuotantosarjoissa

Tämä toistettavuus on olennaista prosessin validoinnin, laadunvarmistuksen ja ultraäänitekniikan teollisen käyttöönoton kannalta.

Sonikointi strategisena teknologiana nykyaikaisissa vesipohjaisissa pinnoitteissa

Pinnoiteteollisuus on siirtymässä kohti kestävämpiä, vähemmän vaarallisia lisäaineita sisältäviä ja suorituskyvyltään kestävämpiä koostumuksia. Sonikaatio sopii tähän suuntaan poikkeuksellisen hyvin, koska se vastaa kahteen suureen tuotantohaasteeseen samanaikaisesti: tehokkaan pigmenttidispersion ja mikrobistabiilisuuden tarpeeseen.
Yhdistämällä nämä toiminnot yhteen prosessivaiheeseen sonikointi auttaa valmistajia yksinkertaistamaan tuotantoa, parantamaan pinnoitteiden laatua ja vähentämään riippuvuutta perinteisistä säilöntäjärjestelmistä. Tämä tekee ultraäänikäsittelystä erittäin houkuttelevaa arkkitehtuurimaaleissa, teollisuuspinnoitteissa, funktionaalisissa dispersioissa, painoväreissä ja vastaavissa vesipohjaisissa järjestelmissä.
Hielscherin kaikuluotaimet tarjoavat teollisen alustan, jota tarvitaan tämän strategian toteuttamiseen käytännössä. Tarkka ohjaus, paineistettavat virtauskennot, inline-mahdollisuus, lineaarinen skaalautuvuus, helppo puhdistus ja toistettavat tulokset tekevät niistä erityisen sopivia vaativiin pinnoitussovelluksiin.

Hyödynnä ultraäänipinnoitteen dispersiota ja sterilointia

Vesipohjaisten pinnoitteiden biosidivapaa sterilointi ja dispergointi sonikaation avulla on erittäin lupaava lähestymistapa nykyaikaisessa maalinvalmistuksessa. Sonikointi parantaa pigmenttien dispergointia, vähentää mikrobikuormitusta ja tukee vahvempaa tuotteen vakautta yhdessä integroidussa prosessissa. Tämä yhdistelmä on erityisen arvokas teollisuudessa, jolla on kasvavia paineita vähentää säilöntäaineita ja säilyttää samalla korkea tuotteen laatu ja prosessin tehokkuus.
Vesipohjaisten maalien ja pinnoitteiden valmistajille Hielscherin kaikuluotaimet tarjoavat käytännöllisen ja teollisesti hyväksi havaitun ratkaisun. Niiden prosessin hallittavuus, inline-integrointi, tehostettu virtauskennon rakenne, skaalautuvuus, hygieeninen puhdistettavuus ja toistettava suorituskyky tekevät niistä erinomaisen valinnan maalipigmenttien samanaikaiseen dispergointiin ja sterilointiin.

Alla oleva taulukko antaa sinulle viitteitä ultraäänilaitteidemme likimääräisestä käsittelykapasiteetista:

Suunnittelu, valmistus ja konsultointi – Laatu valmistettu Saksassa

Hielscher-ultraääniastiat ovat tunnettuja korkeimmista laatu- ja suunnittelustandardeistaan. Kestävyys ja helppokäyttöisyys mahdollistavat ultraäänilaitteidemme sujuvan integroinnin teollisuuslaitoksiin. Hielscher-ultraäänilaitteet käsittelevät helposti karkeita olosuhteita ja vaativia ympäristöjä.

Hielscher Ultrasonics on ISO-sertifioitu yritys ja painottaa erityisesti korkean suorituskyvyn ultraäänilaitteita, joissa on huipputeknologia ja käyttäjäystävällisyys. Tietenkin, Hielscher-ultraäänilaitteet ovat CE-yhteensopivia ja täyttävät UL: n, CSA: n ja RoHs: n vaatimukset.

Kirjallisuus / Viitteet