વિખેરણ અને પીસવા માટે અલ્ટ્રાસાઉન્ડ: પેઇન્ટ અને રંગદ્રવ્યો

પાવર અલ્ટ્રાસાઉન્ડ તેની તીવ્ર અને ચોકસાઈપૂર્વક નિયંત્રિત કરી શકાય તેવી પીસવાની અને વિખેરણની અસરો માટે જાણીતું છે. આ કારણે અલ્ટ્રાસોનિક હોમોજેનાઇઝરો રંગદ્રવ્યની પેસ્ટ અને પેઇન્ટ ફોર્મ્યુલેશનોના ઉત્પાદન માટે આદર્શ બને છે. ઔદ્યોગિક અલ્ટ્રાસોનિકેટરો માઇક્રોન અને નેનો શ્રેણીમાં અત્યંત એકસમાન કણકદ વિતરણ પૂરું પાડે છે. એકસમાન ભીનાશ, વિખેરણ, કણસમૂહોનું વિઘટન અને પીસવાની પ્રક્રિયા પ્રાપ્ત કરવા માટે Hielscher સોનિકેટરો વડે ઊંચી સ્નિગ્ધતા ધરાવતા મોટા આયતનના પ્રવાહો પર પ્રક્રિયા કરો!

અલ્ટ્રાસાઉન્ડ વડે પેઇન્ટનું ઉત્પાદન

સોનિકેશન વડે તમારા પેઇન્ટ, રંગો અને કોટિંગ્સમાં સુધારો કરો:

• ફોર્મ્યુલેશન: ઊંચી સ્નિગ્ધતા હોય, કણોનું ઊંચું પ્રમાણ હોય કે પાણી અથવા દ્રાવક આધારિત ફોર્મ્યુલેશન હોય – Hielscher ઔદ્યોગિક ઇનલાઇન અલ્ટ્રાસોનિકેટરો વડે તમે કોઈપણ ફોર્મ્યુલેશન પર પ્રક્રિયા કરી શકો છો.
• માઇક્રોન અને નેનો કદ: ધ્વનિક કેવિટેશનથી ઉત્પન્ન થતાં ઊંચાં કર્તન બળો કણોના વ્યાસને અતિસૂક્ષ્મ બનાવે છે અને એકસમાન વિખેરણ પૂરું પાડે છે. તમારા કણો અને ફોર્મ્યુલેશનની જરૂરિયાતો અનુસાર અલ્ટ્રાસોનિકેશનના પરિમાણો ગોઠવવાથી નેનો કદનાં રંગદ્રવ્યોનું વિશ્વસનીય ઉત્પાદન શક્ય બને છે.
• પ્રકાશીય ગુણધર્મો: યોગ્ય પ્રકાશીય ગુણધર્મો મેળવવા માટે રંગદ્રવ્યના કણકદને નિયંત્રિત કરવું જરૂરી છે. સામાન્ય રીતે, અપારદર્શિતા કણકદ સાથે સંબંધિત હોય છે: કણકદ જેટલું સૂક્ષ્મ, અપારદર્શિતા તેટલી વધુ. ઉદાહરણ તરીકે, TiO2 પર ખાસ કરીને 0.20 થી 0.3 માઇક્રોનનું કણકદ મેળવવા માટે પ્રક્રિયા કરવામાં આવે છે, જે પ્રકાશની તરંગલંબાઈના લગભગ અડધા જેટલું છે. અલ્ટ્રાસોનિકેશન TiO2 રંગદ્રવ્યોને તેમના શ્રેષ્ઠ કદ સુધી ઘટાડે છે, જેથી સર્વોત્તમ આવરણક્ષમતા પ્રાપ્ત થાય છે.
• ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળા કણો: નાનું કણકદ વધુ રંગસંતૃપ્તિ, રંગની એકરૂપતા અને સ્થિરતા આપે છે. તીવ્ર છતાં ચોકસાઈપૂર્વક નિયંત્રિત કરી શકાય તેવાં અલ્ટ્રાસાઉન્ડ બળો વડે આવરણ ધરાવતા કણો, SWNTs, MWCNTs અને કોર–શેલ કણો જેવા સંશોધિત અને કાર્યાત્મક બનાવેલા નેનો કણોનું ઉત્પાદન શક્ય બને છે. આવા કણો વિશિષ્ટ લક્ષણો દર્શાવે છે અને પેઇન્ટ અથવા કોટિંગ ફોર્મ્યુલેશનોની ગુણવત્તા અને કાર્યક્ષમતાને નવા સ્તરે લઈ જાય છે (દા.ત. UV પ્રતિરોધ, ખંજવાળ પ્રતિરોધ, મજબૂતી, આસંજનક્ષમતા, ઊંચો ઉષ્મા પ્રતિરોધ, અવરક્ત અને સૌર પરાવર્તકતા).
• સંશોધિત કણો: સપાટી સંશોધિત રંગદ્રવ્યોમાં રંગદ્રવ્યનું પ્રમાણ ઊંચું હોય ત્યારે પણ ખૂબ ઓછી સ્નિગ્ધતા (10% ઘન પદાર્થો પર 2.5cP), શ્રેષ્ઠ સસ્પેન્શન સ્થિરતા અને ઊંચી શુદ્ધતા હોય છે. અલ્ટ્રાસાઉન્ડની સહાયથી કણોને કાર્યાત્મક બનાવવાથી વિશેષ લક્ષણો ધરાવતા ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળા રંગદ્રવ્યોનું સંશ્લેષણ સરળ બને છે.

અલ્ટ્રાસાઉન્ડ કેવિટેશન અને ઊંચાં કર્તન બળો વડે પીસવામાં અને વિખેરવામાં આવેલી રંગદ્રવ્યોની પેસ્ટ કદમાં નોંધપાત્ર ઘટાડો અને એકસમાન વિતરણ દર્શાવે છે. ઉપરનો આલેખ દર્શાવે છે કે અલ્ટ્રાસોનિક ઊર્જા વધવાની સાથે કદમાં ઘટાડો પણ વધે છે.

પેઇન્ટના ઉત્પાદન માટે રંગદ્રવ્યો, બંધકો/ પડ બનાવનારા પદાર્થો, પાતળું કરનારા પદાર્થો/ દ્રાવકો, રેઝિન, પૂરકો અને ઉમેરણો જેવા ઘટકોને એકસમાન ફોર્મ્યુલેશનમાં એકસાથે મિશ્રિત કરવા પડે છે. રંગદ્રવ્યો એ નિર્ણાયક ઘટક છે જે પેઇન્ટને તેનો રંગ આપે છે. સૌથી મહત્વનું સફેદ રંગદ્રવ્ય TiO2 છે, જેને ઇચ્છિત સ્તરની સફેદાશ, તેજસ્વિતા, અપારદર્શિતા અને ખૂબ ઊંચો વક્રીભવનાંક દર્શાવવા માટે પીસીને 0.2 થી 0.3 માઇક્રોન વ્યાસનું શ્રેષ્ઠ કણકદ આપવું જરૂરી છે. અલ્ટ્રાસોનિક કર્તન બળો TiO2 કણોના સમૂહોનું ખૂબ અસરકારક અને ઊર્જાકાર્યક્ષમ વિઘટન તથા વિખેરણ પૂરું પાડે છે (નીચેનું ચિત્ર જુઓ).

અલગ અલગ ઘન પદાર્થ સાંદ્રતા ધરાવતા, અલ્ટ્રાસોનિક રીતે વિખેરાયેલા TiO2 નેનો કણોના સસ્પેન્શનનું TEM. સોનિકેશન માટે ઉપયોગમાં લેવાયેલું સાધન: અલ્ટ્રાસોનિકેટર UIP1000hdT
ડાબે: અલ્ટ્રાસોનિક ઊર્જા નિવેશ 1.8 × 10⁵ J/L – જમણે: અલ્ટ્રાસોનિક ઊર્જા નિવેશ 5.4 × 10⁵ J/L
(અભ્યાસ અને ચિત્રો: ©Fasaki et al., 2012)

 
અલ્ટ્રાસોનિક પીસવાની અને વિખેરણની પ્રક્રિયાઓ પેઇન્ટની રંગશક્તિ, ઘનતા, પીસવાની સૂક્ષ્મતા, વિખેરણ અને પ્રવાહવર્તનમાં સુધારો કરીને તેની ગુણવત્તા વધારે છે.

અલ્ટ્રાસોનિક વિખેરણ અને પીસવાની પ્રક્રિયાની પરિસ્થિતિઓ

પેઇન્ટ અને કોટિંગ્સની ગુણવત્તા રંગદ્રવ્યોના એકસમાન વિખેરણ પર આધાર રાખે છે. Hielscher Ultrasonics પેઇન્ટના વિખેરણ માટે, ખાસ કરીને રંગદ્રવ્યનું ઊંચું પ્રમાણ ધરાવતા ફોર્મ્યુલેશનો માટે, અસરકારક પીસવાનાં અને દળવાનાં સાધનો પૂરાં પાડે છે. પીસવા, દળવા, કણસમૂહોનું વિઘટન કરવા અને વિખેરણ કરવા માટેનાં અલ્ટ્રાસોનિક ડિસ્પર્સરોની કાર્યપદ્ધતિ મુખ્યત્વે અલ્ટ્રાસોનિક કેવિટેશનથી ઉત્પન્ન થતા કર્તનના સિદ્ધાંત પર આધારિત છે. કણોને છૂટા પાડવા માટે જરૂરી કેવિટેશનજન્ય કર્તન બળો દબાણના ઊંચા તફાવતો, સ્થાનિક અતિગરમ બિંદુઓ અને પ્રવાહીના જેટથી ઉત્પન્ન થાય છે, જેના પરિણામે કણો વચ્ચેની અથડામણથી કણો તૂટે છે.
પ્રત્યેક અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોબ દીઠ 16,000 વોટ ધરાવતા UIP16000hdT જેવા ઔદ્યોગિક અલ્ટ્રાસોનિક ડિસ્પર્સરો પેઇન્ટ અને કોટિંગ્સના મોટા આયતનના પ્રવાહો પર પ્રક્રિયા કરવાની ક્ષમતા ધરાવે છે.

ગ્રાઇન્ડોમીટર પર સોનિકેશન કરેલો ચોક પેઇન્ટ રંગદ્રવ્યોના કણસમૂહોનું સંપૂર્ણપણે એકસમાન વિઘટન અને કણકદ વિતરણ દર્શાવે છે

નેનો કણોનું વિખેરણ

અલગ અલગ વિખેરાયેલા પ્રાથમિક કણો મેળવવા માટે નેનો કણો પર કાર્યક્ષમ રીતે પ્રક્રિયા કરવાની અલ્ટ્રાસોનિક પીસવાની અને વિખેરણની પ્રક્રિયા ઘણીવાર એકમાત્ર પદ્ધતિ હોય છે. નાનું પ્રાથમિક કણકદ મોટું સપાટી ક્ષેત્રફળ આપે છે અને કણોનાં વિશિષ્ટ લક્ષણો અને કાર્યક્ષમતાઓ પ્રગટ થવા સાથે સંબંધિત હોય છે. તે જ સમયે, નાનું કણકદ વધુ તીવ્ર સમૂહીકરણ અને પ્રતિક્રિયાશીલતા માટે ઊંચી સપાટી ઊર્જા સાથે સંકળાયેલું હોય છે, તેથી નેનો કણોને ફોર્મ્યુલેશનમાં એકસમાન રીતે વિખેરવા માટે તીવ્ર અલ્ટ્રાસોનિક વિખેરણ બળોની જરૂર પડે છે.
વધુમાં, અલ્ટ્રાસોનિક સપાટી ઉપચાર નેનો કણોને સંશોધિત કરી શકે છે, જેનાથી વિખેરણક્ષમતા, વિખેરણની સ્થિરતા, જલવિમુખતા અને અન્ય ગુણધર્મોમાં સુધારો થાય છે.
સંશોધકોએ નેનો કણો માટે અલ્ટ્રાસોનિક વિખેરણ પદ્ધતિને પસંદગીના ઉકેલ તરીકે ભલામણ કરી છે, “કારણ કે અલ્ટ્રાસોનિક પદ્ધતિથી વિખેરાયેલો પદાર્થ બીડ મિલિંગથી ઉત્પન્ન થયેલા પદાર્થ કરતાં ઘણો વધુ શુદ્ધ હોય છે.” [Kim et al. 2010].

થ્રી-રોલ, બોલ અથવા મીડિયા મિલો જેવી પરંપરાગત પીસવાની તકનીકોની સરખામણીમાં અલ્ટ્રાસોનિક વિખેરણ તકનીકના ઘણા ફાયદા છે.

માસ્ટરબેચ અને પેઇન્ટ ફોર્મ્યુલેશનો માટે રંગદ્રવ્યો અને રંગકોના અલ્ટ્રાસોનિક સમાનાંગીકરણ અને વિખેરણ વિશે વધુ વાંચો!

સાહિત્ય / સંદર્ભો

• 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.