અલ્ટ્રાસોનિક પદ્ધતિથી શાહીના કણોના કદમાં ઘટાડો (દા.ત. ઇંકજેટ માટે)

અલ્ટ્રાસોનિક કેવિટેશન એ શાહીના રંજકોના વિક્ષેપણ અને સૂક્ષ્મ પેષણ (ભીના પેષણ) માટેનું અસરકારક સાધન છે. સંશોધનમાં તેમજ UV-, જળ- અથવા દ્રાવક-આધારિત ઇંકજેટ શાહીઓના ઔદ્યોગિક ઉત્પાદનમાં અલ્ટ્રાસોનિક વિક્ષેપકોનો સફળતાપૂર્વક ઉપયોગ થાય છે.

નેનોકણોનું વિક્ષેપણ ધરાવતી ઇંકજેટ શાહીઓ

500µm થી ઘટીને આશરે 10nm સુધીની શ્રેણીમાં કણોના કદમાં ઘટાડો કરવા માટે અલ્ટ્રાસાઉન્ડ ખૂબ અસરકારક છે.
ઇંકજેટ શાહીમાં નેનોકણોનું વિક્ષેપણ કરવા માટે અલ્ટ્રાસોનિકેશનનો ઉપયોગ કરવામાં આવે ત્યારે શાહીની રંગપરાસ, ટકાઉપણું અને છાપકામની ગુણવત્તામાં નોંધપાત્ર સુધારો થઈ શકે છે. તેથી, નેનોકણો ધરાવતી ઇંકજેટ શાહીઓ, વિશિષ્ટ શાહીઓ (દા.ત., વિદ્યુતવાહક શાહીઓ, 3D છાપકામ માટે યોગ્ય શાહીઓ, ટેટૂ શાહીઓ) અને પેઇન્ટના ઉત્પાદનમાં પ્રોબ પ્રકારના અલ્ટ્રાસોનિકેટરોનો વ્યાપક ઉપયોગ થાય છે.
 

નીચેના આલેખો ઇંકજેટ શાહીમાં સોનિકેશન ન કરેલા અને અલ્ટ્રાસોનિક પદ્ધતિથી વિક્ષેપિત કરેલા કાળા રંજકોની તુલનાનું ઉદાહરણ દર્શાવે છે. અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોબ UIP1000hdT વડે અલ્ટ્રાસોનિક ઉપચાર કરવામાં આવ્યો હતો. અલ્ટ્રાસોનિક ઉપચારના પરિણામે કણોનું કદ દેખીતી રીતે નાનું અને કણકદનું વિતરણ ખૂબ સાંકડી શ્રેણીમાં થાય છે.

અલ્ટ્રાસોનિક વિક્ષેપણના પરિણામે શાહીના રંજકો નોંધપાત્ર રીતે નાના અને કદમાં વધુ સમાન બને છે. (લીલો આલેખ: સોનિકેશન પહેલાં – લાલ આલેખ: સોનિકેશન પછી)

અલ્ટ્રાસોનિક વિક્ષેપણ ઇંકજેટ શાહીની ગુણવત્તા કેવી રીતે સુધારે છે?

ઉચ્ચ તીવ્રતાવાળા અલ્ટ્રાસોનિકેટરો નેનોકણોના વિક્ષેપણ, કદમાં ઘટાડા અને સમાન વિતરણ માટે અત્યંત કાર્યક્ષમ છે.
આનો અર્થ એ છે કે ઇંકજેટ શાહીમાં અલ્ટ્રાસોનિક પદ્ધતિથી નેનોકણોનું વિક્ષેપણ કરવાથી તેની કાર્યક્ષમતા અને ટકાઉપણામાં સુધારો થઈ શકે છે. નેનોકણો એ 1 થી 100 નેનોમીટરની કદશ્રેણીમાં આવતા અત્યંત નાના કણો છે, અને તેઓ એવા અનન્ય ગુણધર્મો ધરાવે છે જે ઇંકજેટ શાહીને અનેક રીતે સુધારી શકે છે.

• સૌપ્રથમ, નેનોકણો ઇંકજેટ શાહીની રંગપરાસ સુધારી શકે છે, જે ઉત્પન્ન કરી શકાય તેવા રંગોની શ્રેણી સૂચવે છે. જ્યારે પ્રોબ પ્રકારના અલ્ટ્રાસોનિકેટર વડે નેનોકણોનું સમાન રીતે વિક્ષેપણ કરવામાં આવે છે, ત્યારે પરિણામે શાહી વધુ જીવંત અને સંતૃપ્ત રંગો દર્શાવે છે. તેનું કારણ એ છે કે નેનોકણો પ્રકાશનું એવી રીતે પ્રકીર્ણન અને પરાવર્તન કરી શકે છે જે પરંપરાગત ડાઇ અને રંજકો કરી શકતા નથી, જેના પરિણામે રંગોના પુનરુત્પાદનમાં સુધારો થાય છે.
• બીજું, સમાન રીતે વિક્ષેપિત કરેલા નેનોકણો ઇંકજેટ શાહીની રંગ ઝાંખો પડવા, પાણી અને શાહી ઘસાઈને ફેલાવા સામેની પ્રતિરોધકતા વધારી શકે છે. તેનું કારણ એ છે કે નેનોકણો કાગળ અથવા અન્ય આધારસપાટી સાથે વધુ મજબૂત રીતે બંધાઈ શકે છે, જેનાથી વધુ ટકાઉ અને વધુ લાંબો સમય ટકતી છબી બને છે. વધુમાં, નેનોકણો શાહીને કાગળમાં પ્રસરી જતી અટકાવી શકે છે; આવું પ્રસરણ શાહી ફેલાવાનું કારણ બની શકે છે અને છાપેલી છબીની તીક્ષ્ણતા ઘટાડી શકે છે.
• છેલ્લે, અલ્ટ્રાસોનિક પદ્ધતિથી વિક્ષેપિત કરેલા નેનોકણો ઇંકજેટ શાહીની છાપકામની ગુણવત્તા અને રિઝોલ્યુશન પણ સુધારી શકે છે. પ્રવાહીમાં નેનોકણોનું પેષણ અને મિશ્રણ કરવાની બાબતમાં અલ્ટ્રાસોનિક વિક્ષેપકો અસાધારણ રીતે કાર્યક્ષમ છે. નાના કણોનો ઉપયોગ કરવાથી શાહી વધુ બારીક અને વધુ ચોકસાઈવાળી રેખાઓ બનાવી શકે છે, જેના પરિણામે વધુ તીક્ષ્ણ અને સ્પષ્ટ છબીઓ બને છે. ઉચ્ચ ગુણવત્તાવાળું ફોટો છાપકામ અને લલિતકલા છાપકામ જેવા ઉપયોગોમાં આ ખાસ મહત્વનું છે.

પ્રક્રિયાના પરિમાણો અને વિક્ષેપણનાં પરિણામો પર નિયંત્રણ

શાહીના રંજકોના કણોનું કદ અને કણકદનું વિતરણ ઉત્પાદનનાં અનેક લક્ષણોને અસર કરે છે, જેમ કે રંગ આપવાની ક્ષમતા અથવા છાપકામની ગુણવત્તા. ઇંકજેટ છાપકામમાં મોટા કણોની થોડી માત્રા પણ વિક્ષેપણની અસ્થિરતા, અવસાદન અથવા ઇંકજેટ નોઝલની નિષ્ફળતાનું કારણ બની શકે છે. આથી, ઇંકજેટ શાહીની ગુણવત્તા માટે ઉત્પાદનમાં વપરાતી કણકદ ઘટાડવાની પ્રક્રિયા પર સારું નિયંત્રણ હોવું મહત્વનું છે.

ઇંકજેટ શાહીઓ માટે નેનોવિક્ષેપણોનું ઇનલાઇન પ્રોસેસિંગ

Hielscher અલ્ટ્રાસોનિક રિએક્ટરોનો સામાન્ય રીતે ઇનલાઇન ઉપયોગ થાય છે. ઇંકજેટ શાહીને પંપ દ્વારા રિએક્ટર પાત્રમાં મોકલવામાં આવે છે. ત્યાં તેને નિયંત્રિત તીવ્રતાએ અલ્ટ્રાસોનિક કેવિટેશનના સંપર્કમાં લાવવામાં આવે છે. સંપર્કનો સમય રિએક્ટરના ઘનફળ અને સામગ્રીના પુરવઠાના દર પર આધારિત હોય છે. ઇનલાઇન સોનિકેશન બાયપાસ થવાનું દૂર કરે છે, કારણ કે બધા કણો નિર્ધારિત માર્ગને અનુસરીને રિએક્ટર ચેમ્બરમાંથી પસાર થાય છે. દરેક ચક્ર દરમિયાન બધા કણો સમાન સમય માટે સોનિકેશનના સમાન પરિમાણોના સંપર્કમાં આવતા હોવાથી, અલ્ટ્રાસોનિકેશન સામાન્ય રીતે વિતરણ વક્રને પહોળો કરવાને બદલે સાંકડો કરે છે અને ખસેડે છે. અલ્ટ્રાસોનિક વિક્ષેપન પ્રમાણમાં સમમિત કણકદ વિતરણો ઉત્પન્ન કરે છે. સામાન્ય રીતે, જમણી તરફ પૂંછડી લંબાવાની ઘટના – મોટા કણોવાળી સામગ્રી તરફના ખસેડાને કારણે વક્રમાં ઊભી થતી ઋણ વિષમતા (જમણી તરફની “પૂંછડી”) – સોનિકેશન કરેલા નમૂનાઓમાં જોવા મળતી નથી.

નિયંત્રિત તાપમાને વિક્ષેપન: પ્રક્રિયાનું શીતલન

તાપમાન પ્રત્યે સંવેદનશીલ વાહક માધ્યમો માટે, Hielscher તમામ પ્રયોગશાળા અને ઔદ્યોગિક ઉપકરણો માટે જેકેટવાળા ફ્લો સેલ રિએક્ટરો પ્રદાન કરે છે. રિએક્ટરની અંદરની દીવાલોને ઠંડી કરીને પ્રક્રિયાની ઉષ્મા અસરકારક રીતે દૂર કરી શકાય છે.

નીચેની છબીઓમાં અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોબ UIP1000hdT વડે UV શાહીમાં વિક્ષેપિત કરેલું કાર્બન બ્લેક રંગદ્રવ્ય દર્શાવવામાં આવ્યું છે.

અલ્ટ્રાસોનિક વિક્ષેપન UV શાહીમાં કાર્બન બ્લેક રંગદ્રવ્યોના કણકદમાં અસરકારક ઘટાડો અને તેમનું એકસમાન વિતરણ સુનિશ્ચિત કરે છે.

કોઈપણ પાયે ઇંકજેટ શાહીનું વિક્ષેપન અને કણસમૂહોનું વિઘટન

Hielscher કોઈપણ ઘનફળમાં શાહીની પ્રક્રિયા કરવા માટે અલ્ટ્રાસોનિક વિક્ષેપન ઉપકરણો બનાવે છે. અલ્ટ્રાસોનિક પ્રયોગશાળા હોમોજેનાઇઝરોનો ઉપયોગ 1.5mL થી આશરે 2L સુધીના ઘનફળ માટે થાય છે અને તે શાહીનાં ફોર્મ્યુલેશનોના R+D તબક્કા તેમજ ગુણવત્તા પરીક્ષણો માટે આદર્શ છે. વધુમાં, પ્રયોગશાળામાં કરવામાં આવતાં સંભવિતતા પરીક્ષણો વ્યાપારી ઉત્પાદન માટે જરૂરી ઉપકરણનું કદ ચોકસાઈથી પસંદ કરવાની સુવિધા આપે છે.
ઔદ્યોગિક અલ્ટ્રાસોનિક વિક્ષેપકોનો ઉપયોગ ઉત્પાદનમાં 0.5 થી આશરે 2000L સુધીના બેચ માટે અથવા પ્રતિ કલાક 0.1L થી 20m³ સુધીના પ્રવાહ દર માટે થાય છે. અન્ય વિક્ષેપન અને મિલિંગ તકનીકોથી અલગ રીતે, અલ્ટ્રાસોનિકેશનનો પાયો સરળતાથી વધારી શકાય છે, કારણ કે પ્રક્રિયાનાં તમામ મહત્વપૂર્ણ પરિમાણોને રેખીય રીતે વધારી શકાય છે.

નીચેનું કોષ્ટક પ્રક્રિયા કરવાના બેચના ઘનફળ અથવા પ્રવાહ દરના આધારે અલ્ટ્રાસોનિકેટરો માટે સામાન્ય ભલામણો દર્શાવે છે.

 
અલ્ટ્રાસોનિક વિક્ષેપકો કેવી રીતે કાર્ય કરે છે? – ધ્વનિક કેવિટેશનનો કાર્યસિદ્ધાંત
અલ્ટ્રાસોનિક કેવિટેશન એવી પ્રક્રિયા છે જેમાં પ્રવાહીમાં ગેસના નાના પરપોટા ઉત્પન્ન કરવા માટે ઉચ્ચ આવૃત્તિનાં ધ્વનિતરંગોનો ઉપયોગ થાય છે. પરપોટાઓ પર ઊંચું દબાણ લાગુ પડતાં, તેઓ તૂટી શકે છે અથવા અંદરની તરફ ધસી પડી શકે છે અને અચાનક ઊર્જા મુક્ત કરી શકે છે. આ ઊર્જાનો ઉપયોગ પ્રવાહીમાં કણોને વધુ નાના કદમાં તોડીને તેમનું વિક્ષેપન કરવા માટે કરી શકાય છે.
અલ્ટ્રાસોનિક કેવિટેશનમાં ધ્વનિતરંગો અલ્ટ્રાસોનિક ટ્રાન્સડ્યુસર દ્વારા ઉત્પન્ન થાય છે, જે સામાન્ય રીતે પ્રોબ અથવા હોર્ન પર લગાવેલું હોય છે. ટ્રાન્સડ્યુસર વિદ્યુત ઊર્જાને ધ્વનિતરંગોના સ્વરૂપમાં યાંત્રિક ઊર્જામાં રૂપાંતરિત કરે છે, જે પછી પ્રોબ અથવા હોર્ન દ્વારા પ્રવાહીમાં પ્રસારિત થાય છે. જ્યારે ધ્વનિતરંગો પ્રવાહી સુધી પહોંચે છે, ત્યારે તેઓ ઉચ્ચ દબાણવાળા તરંગો ઉત્પન્ન કરે છે, જેના કારણે ગેસના પરપોટા અંદરની તરફ ધસી પડી શકે છે.
વિક્ષેપન પ્રક્રિયાઓમાં અલ્ટ્રાસોનિક કેવિટેશનના અનેક સંભવિત ઉપયોગો છે, જેમાં ઇમલ્શનનું ઉત્પાદન, રંગદ્રવ્યો અને પૂરકોનું વિક્ષેપન તથા કણસમૂહોનું વિઘટન સામેલ છે. અલ્ટ્રાસોનિક કેવિટેશન કણોના વિક્ષેપન માટે અસરકારક રીત બની શકે છે, કારણ કે તે ઊંચાં શિયર બળો ઉત્પન્ન કરી શકે છે અને ઊર્જા પૂરી પાડી શકે છે; સાથે જ તાપમાન અને દબાણ જેવાં પ્રક્રિયાનાં અન્ય મહત્વપૂર્ણ પરિમાણોને ચોકસાઈથી નિયંત્રિત કરી શકાય છે, જેથી ઉપયોગની ચોક્કસ જરૂરિયાતો અનુસાર પ્રક્રિયાને અનુકૂળ બનાવી શકાય છે. પ્રક્રિયાનું આ ચોક્કસ નિયંત્રણ સોનિકેશનના મુખ્ય ફાયદાઓમાંનું એક છે, કારણ કે ઉચ્ચ ગુણવત્તાવાળા ઉત્પાદનો વિશ્વસનીય રીતે અને પુનરુત્પાદનીય રીતે બનાવી શકાય છે તથા કણો અથવા પ્રવાહીનું કોઈપણ અનિચ્છનીય અવક્ષય ટાળવામાં આવે છે.

મજબૂત અને સાફ કરવામાં સરળ

અલ્ટ્રાસોનિક રિએક્ટરમાં રિએક્ટર પાત્ર અને અલ્ટ્રાસોનિક સોનોટ્રોડ હોય છે. સોનોટ્રોડ જ એકમાત્ર એવો ભાગ છે જેને ઘસારો લાગે છે અને તેને થોડી મિનિટોમાં સરળતાથી બદલી શકાય છે. દોલનોને અલગ પાડતા ફ્લેન્જ સોનોટ્રોડને ખુલ્લાં અથવા બંધ, દબાણ આપી શકાય તેવાં પાત્રોમાં કે ફ્લો સેલમાં કોઈપણ દિશામાં સ્થાપિત કરવાની સુવિધા આપે છે. કોઈ બેરિંગની જરૂર પડતી નથી. ફ્લો સેલ રિએક્ટર સામાન્ય રીતે સ્ટેનલેસ સ્ટીલના બનેલા હોય છે, તેમની ભૂમિતિ સરળ હોય છે અને તેમને સરળતાથી છૂટા પાડીને લૂછી શકાય છે. તેમાં કોઈ નાનાં છિદ્રો કે છુપાયેલા ખૂણા હોતા નથી.

સ્થાન પર જ અલ્ટ્રાસોનિક સફાઈ

વિખેરણ માટે વપરાતી અલ્ટ્રાસોનિક તીવ્રતા સામાન્ય અલ્ટ્રાસોનિક સફાઈ માટેની તીવ્રતા કરતાં ઘણી વધારે હોય છે. તેથી ફ્લશિંગ અને ધોવાની પ્રક્રિયા દરમિયાન સફાઈમાં મદદ કરવા માટે અલ્ટ્રાસોનિક શક્તિનો ઉપયોગ કરી શકાય છે, કારણ કે અલ્ટ્રાસોનિક કેવિટેશન સોનોટ્રોડ અને ફ્લો સેલની દીવાલો પરથી કણો અને પ્રવાહીના અવશેષો દૂર કરે છે.