חיטוי ופיזור של ציפויים על בסיס מים ללא חומרים קוטלי חיידקים

ציפויים על בסיס מים נמצאים בשימוש נרחב משום שהם מאפשרים שימוש בתרכובות בעלות תכולת VOC נמוכה, טיפול בטוח יותר וייצור בר-קיימא יותר. עם זאת, תכולת המים שבהם הופכת אותם לפגיעים ביותר לזיהום מיקרוביאלי. חיידקים, שמרים ועובש עלולים לחדור למוצר דרך חומרי הגלם, מיכלים, צינורות, מערכות מילוי או חשיפה לסביבה במהלך הייצור והאחסון. ברגע שמתרחש זיהום, מיקרואורגניזמים עלולים להתרבות במהירות ולפגוע הן באיכות המוצר והן בחיי המדף שלו.
לכן היציבות המיקרוביאלית היא גורם איכותי מכריע בצבעים, ציפויים, דיו ותמיסות פיגמנטים על בסיס מים.

הסוניקציה משלבת פיזור פיגמנטים ובקרת חיידקים בתהליך תעשייתי אחד

באופן מסורתי, היצרנים מסתמכים על חומרים משמרים ועל חומרים קוטלי חיידקים בתוך הפחית כדי למנוע קלקול. עם זאת, הלחץ הרגולטורי הגובר והביקוש העולה לתכשירים נקיים יותר מובילים לחיפוש אחר חלופות. טיפול באולטרסאונד בעוצמה גבוהה מציע פתרון יעיל ביותר, שכן הוא מאפשר פיזור וסטריליזציה בו-זמנית בשלב אחד של התהליך.
עבור יצרני ציפויים, משמעות הדבר היא שעיבוד קולי אינו רק טכנולוגיית פיזור. זהו גם כלי תהליכי רב-עוצמה לשיפור היציבות המיקרוביולוגית, תוך תמיכה באסטרטגיות של פורמולות בעלות תכולת ביוצידים נמוכה או נטולות ביוצידים.

מדוע היציבות המיקרוביאלית היא גורם מכריע בתעשייה בתחום הצבעים על בסיס מים

זיהום מיקרוביאלי משפיע באופן ישיר על איכות המוצר ועל אמינות התהליך: ליציבות המיקרוביאלית של צבעים יש חשיבות תעשייתית רבה, שכן התפתחות מיקרואורגניזמים עלולה לגרום למגוון פגמים במוצר ולבעיות בייצור. פורמולות על בסיס מים מכילות לעתים קרובות מרכיבים אורגניים כגון חומרי קישור, חומרי פיזור, חומרי הרטבה, חומרים מעבים וחומרים מונעי הקצפה. מרכיבים אלה עלולים ליצור סביבה נוחה להתפתחות מיקרואורגניזמים אם מתרחש זיהום במהלך העיבוד או האחסון.

בפרקטיקה התעשייתית, בקרה מיקרוביאלית לא מספקת עלולה לגרום ל:

• שינויים בצמיגות וב-pH
• היווצרות גז והתנפחות המכל
• ריח רע ושינוי צבע
• יציבות אחסון מופחתת
• פגמים בסרט והתנהגות לא עקבית של היישום
• תדירות ניקוי מוגברת וזמן השבתה עקב זיהום

קלקול מיקרוביאלי אינו פוגע רק במוצר. הוא עלול גם לגרום לבעיות היגיינה חוזרות ונשנות במיכלים, בצינורות ובמעגלי מחזור, מה שמוביל לאובדן תפוקה, לעבודה חוזרת, לתלונות מצד לקוחות ולעלויות סילוק. מסיבה זו, היציבות המיקרוביאלית אינה תכונה משנית. זוהי דרישה מרכזית עבור ציפויים על בסיס מים המצליחים בשוק.

כיצד פועלת הטכנולוגיה של סוניקציה בציפויים על בסיס מים

קביטציה אקוסטית יוצרת כוחות גזירה עזים ושיבוש מיקרוביאלי: אולטרסאונד בעוצמה גבוהה פועל באמצעות קביטציה אקוסטית. כאשר גלי אולטרסאונד עוברים בנוזל, נוצרות בועות מיקרוסקופיות, הן גדלות ומתפוצצות פנימה. תופעות קביטציה אלו מייצרות כוחות גזירה מקומיים מאוד, מערבולות, שינויי לחץ וזרמי מיקרו.
בציפויים על בסיס מים, לתופעות אלה יש ערך רב משום שהן פועלות בו-זמנית הן על חלקיקים והן על מיקרואורגניזמים. גושי הפיגמנט מתפרקים ביעילות לחלקיקים עדינים יותר, בעוד שתאי המיקרואורגניזמים נפגעים מכנית ומנוטרלים. עובדה זו הופכת את השימוש באולטרסאונד לאטרקטיבי במיוחד עבור פורמולות שבהן איכות הפיזור ויציבות מיקרוביאלית הן חיוניות.

שלב אחד בתהליך מספק שתי פונקציות חיוניות

במקום להתייחס לפיזור הפיגמנטים ולבקרת המיקרואורגניזמים כאל משימות נפרדות, הטיפול באולטרסאונד משלב ביניהן בתהליך אחד. לאפקט הכפול הזה יש יתרון תעשייתי ברור.

אותה אנרגיית אולטרה-סאונד שמפרקת גושי פיגמנט ומפזרת את החלקיקים באופן אחיד, יכולה גם להפחית את ריכוז המיקרואורגניזמים החיים בציפוי. כתוצאה מכך, הטיפול באולטרה-סאונד תורם ל:

• פיזור פיגמנטים עדין ואחיד יותר
• עוצמת צבע משופרת ועקביות אופטית
• הפחתת הזיהום המיקרוביאלי במהלך העיבוד
• יציבות אחסון משופרת של מוצרים על בסיס מים
• תלות מופחתת בחומרים משמרים ובחומרים קוטלי חיידקים בתוך הפחית

לכן, השימוש באולטרסאונד רלוונטי ביותר לפיתוח מערכות ציפוי בנות-קיימא יותר ובעלות תווית "נקייה" יותר.
 

דו-חמצני סיליקון מפוזר באולטרסאונד: העקומה האדומה – ללא טיפול; העקומה הירוקה: לאחר פיזור קולי

יתרונות של פיזור וסטריליזציה בו-זמניים של פיגמנטים לצבע

1. איכות פיזור טובה יותר משפרת את ביצועי הציפוי
   פיגמנטים וחומרי מילוי יוצרים לעתים קרובות גושים שקשה לפרק באמצעות אנרגיה מכנית בלבד. טיפול קולי מספק כוח גזירה עוצמתי וממוקד, מה שהופך אותו ליעיל ביותר לפירוק גושים ולהקטנת גודל החלקיקים. פיזור עדין יותר יכול לשפר מספר מאפייני ביצועים של הציפוי הסופי, כולל התפתחות הצבע, אטימות, ברק ויציבות לטווח ארוך.
2. עיקור סימולטני תורם להפחתת השימוש בחומרים קוטלי חיידקים
   במקביל, קוויטציה אולטראסונית עלולה לפגוע בתאים מיקרוביאליים הנמצאים בשלב הנוזלי. דבר זה מפחית את הזיהום בזרם המוצר ותורם לשיפור היציבות המיקרוביאלית מבלי להסתמך אך ורק על שימור כימי. עבור יצרנים השואפים ליישם מערכות בעלות תכולת ביוצידים נמוכה או נטולות ביוצידים, מדובר ביתרון משמעותי בתהליך.
3. הגברת האינטנסיביות של התהליך מפחיתה את המורכבות
   שילוב של שתי מטרות תהליך מרכזיות בשלב אחד בתהליך הייצור מפשט את הייצור. במקום להוסיף שלבי טיפול נפרדים לפיזור ולבקרת חיידקים, יצרני הציפויים יכולים לשלב את שניהם בתהליך סוניקציה מבוקר אחד. הדבר מצמצם את כמות הפעולות הנדרשות, תורם לייצור נקי יותר ומשפר את יכולת השחזור.

מדוע עיבוד ללא חומרים קוטלי חיידקים תופס תאוצה

הדרישות הרגולטוריות, הסביבתיות והשוקיות מעצבות מחדש את אסטרטגיות הפיתוח
המעבר לציפויים בעלי תכולת ביוצידים נמוכה או נטולי ביוצידים מונע על ידי מספר גורמים תעשייתיים. המסגרות הרגולטוריות הולכות ומחמירות, הציפיות הסביבתיות גוברות, והלקוחות דורשים מוצרים בטוחים יותר, בני-קיימא יותר, המכילים פחות חומרים מעוררי חשש.
בהקשר זה, לטכנולוגיות תהליכים פיזיקליים יש חשיבות אסטרטגית. השימוש באולטרסאונד הוא אטרקטיבי במיוחד, שכן הוא אינו מסתפק בהחלפת תוסף אחד באחר. הוא מציג עיקרון טיפול לא-כימי המשפר הן את הפיזור והן את היציבות המיקרוביאלית באמצעות אנרגיה מכנית.

למפתחי פורמולות ולמנהלי ייצור, הדבר מציע מספר יתרונות:

• תמיכה בקונספטים של מוצרים בר-קיימא יותר
• תלות מופחתת בחומרים משמרים קונבנציונליים
• שיפור ההיגיינה בתהליכים
• מיצוב חזק יותר עבור ציפויים על בסיס מים מהדור הבא

מדוע מכשירי הסוניקציה של Hielscher הם הפתרון הטוב ביותר לייצור ציפויים תעשייתיים

בקרה מדויקת לתנאי עיבוד הניתנים לשחזור

מכשירים סוניקציה של Hielscher מיועדים לבקרת תהליכים תעשייתית. בייצור ציפויים, שליטה מדויקת בפרמטרי הסוניקציה היא חיונית, שכן התנהגות התרכובת תלויה בסוג הפיגמנט, בתכולת המוצקים, בצמיגות, בטמפרטורה, בקצב הזרימה ובעוצמת הטיפול.

מערכות Hielscher מאפשרות כוונון מדויק של פרמטרים חשובים בתהליך, כגון:

• משרעת
• לחץ
• קצב הזרימה / זמן השהייה
• טמפרטורה
• קלט אנרגיה

דיוק זה מאפשר ליצרנים לייעל את פיזור הפיגמנטים, לשפר את איכות התרכובת ולהשיג הפחתה מיקרוביאלית הניתנת לשחזור.

תמונות SEM של תאים צמחיים של B. subtilis לפני (א) ואחרי חשיפה לקרינת אולטרסאונד למשך 30 דקות (ב), (ג).
מחקר ותמונה: © Hashimoto et al., 2020

תאי זרימה הניתנים להפעלת לחץ לצורך סוניקציה מוגברת

לחץ גבוה מגביר את עוצמת הקוויטציה
יתרון מרכזי בטכנולוגיית Hielscher הוא השימוש בכורים בעלי תא זרימה הניתנים להפעלה בלחץ. ללחץ יש השפעה משמעותית על התנהגות הקוויטציה. בלחץ גבוה, הקוויטציה נעשית עזה ויעילה יותר, דבר בעל ערך רב במיוחד עבור פיזור חומרים מורכבים והשבתה רציפה של מיקרואורגניזמים.

תמיכה בתאי זרימה הניתנים להפעלה בלחץ:

• טיפול קולי מוגבר
• פירוק גושים יעיל יותר
• שיפור ביעילות התהליך
• ביצועים טובים יותר בפעולה רציפה

במקרה של מפעלי ציפוי תעשייתיים, משמעות הדבר היא שניתן להתאים את הטיפול הקולי לא רק לצורך בדיקת היתכנות בקנה מידה מעבדתי, אלא גם לתפוקה בפועל ולדרישות המוצר.

עיבוד תוך-תהליכי לייצור רציף

ניתן לשלב את תהליך הסוניקציה ישירות בקו הייצור
מכשירים סוניקטוריים של Hielscher מתאימים במיוחד לעיבוד מקוון. הדבר מאפשר טיפול רציף בציפויים על בסיס מים בעת מעברם במערכת הייצור. עיבוד סוניקציה מקוון משתלב היטב בייצור תעשייתי, שכן הוא מונע טיפול מיותר באצוות ומאפשר שילוב במעגלי העברה, במערכות מחזור או בקווי ייצור ייעודיים.

עיבוד מובנה מציע יתרונות תפעוליים ברורים:

• טיפול רציף בתנאים מוגדרים
• שילוב קל יותר במפעלים קיימים
• צמצום הטיפול הידני
• שיפור ביעילות התהליך ובעקביותו

מבחינת יצרני ציפויים, הדבר הופך את השימוש באולטרסאונד לטכנולוגיית ייצור מעשית, ולא רק לשיטה המשמשת במעבדה.

TiO2 מיובש בריסוס לפני ואחרי כרסום על-קולי

מדרגיות ליניארית מהמעבדה ועד לייצור תעשייתי

ניתן להעביר את פרמטרי התהליך באופן אמין בין קנה מידה שונים
הרחבת הייצור היא נושא קריטי בפיתוח תהליכים. מערכות האולטראסאונד של Hielscher מתוכננות לאפשר הרחבה ליניארית, כלומר תנאי התהליך שנקבעו בקנה מידה מעבדתי או פיילוטי ניתנים ליישום שיטתי בייצור תעשייתי.
דבר זה חשוב במיוחד עבור חברות המפתחות ציפויים חדשניים בעלי תכולת ביוצידים נמוכה, שכן הוא מפחית את הסיכון במהלך היישום ומסייע להאיץ את תהליך המסחור.

היתרונות של מדרגיות ליניארית כוללים:

• פיתוח תהליכים קל יותר
• העברה אמינה מ-R&D לייצור
• ביצועים צפויים בתפוקה גבוהה יותר
• הפחתת אי-הוודאות בהרחבת הייצור

ניקוי קל ותכנון תהליכים היגייני

קלות הניקוי היא גורם חשוב כאשר המטרה היא יציבות מיקרוביאלית
אם בקרת המיקרואורגניזמים היא יעד מרכזי בתהליך, חשיבותה של היגיינת הציוד גוברת עוד יותר. מכשירי האולטרסאונד של Hielscher תוכננו לניקוי תעשייתי מעשי ולשילוב פשוט בסביבות תהליך היגייניות.

ניקוי קל מסייע ליצרנים:

• לצמצם את סיכוני הזיהום בציוד
• תמיכה בבקרה מיקרוביאלית עקבית
• לצמצם את מאמצי הניקוי והתחזוקה
• לשפר את אמינות התהליך לאורך מחזורי ייצור חוזרים ונשנים

בציפויים על בסיס מים, שבהם זיהום עלול להצטבר במיכלים, באזורים מתים ובמערכות העברה, ציוד קולי קל לניקוי תורם באופן ישיר ליציבות המוצר ולעמידות התפעולית.

צבע גיר סוני על מד ההשחזה מדגים את ההתפלגות האחידה לחלוטין ואת התפלגות גודל החלקיקים של הפיגמנטים

תוצאות שניתן לשחזר לצורך בקרת איכות בתעשייה

עקביות היא חיונית עבור יצרני ציפויים
ייצור צבעים תעשייתיים מחייב תוצאות תהליך בעלות רמת שעתוק גבוהה. המאפיינים האופטיים, הריאולוגיה, אורך חיי המדף והיציבות המיקרוביולוגית חייבים להישאר עקביים בין אצווה לאצווה ולאורך תקופות ייצור ממושכות.

מכשירים אולטראסוניים של Hielscher מספקים תנאי אולטראסאונד הניתנים לשחזור, התומכים ב:

• פיזור אחיד של הפיגמנט
• הקטנת גודל חלקיקים יציבה
• טיפול מיקרוביאלי עקבי
• איכות מוצר אמינה לאורך כל מחזורי הייצור

יכולת השחזור הזו חיונית לאימות תהליכים, להבטחת איכות וליישום תעשייתי של טכנולוגיית הקול.

שימוש באולטרסאונד כטכנולוגיה אסטרטגית לציפויים מודרניים על בסיס מים

תעשיית הציפויים פונה לכיוון של פורמולות בנות-קיימא יותר, המכילות פחות תוספים מסוכנים ומציגות ביצועים טובים יותר. השימוש באולטרסאונד מתאים במיוחד למגמה זו, שכן הוא נותן מענה לשני אתגרי ייצור מרכזיים בו-זמנית: הצורך בפיזור יעיל של פיגמנטים והצורך ביציבות מיקרוביאלית.
על ידי שילוב פונקציות אלה בשלב ייצור אחד, השימוש באולטרסאונד מסייע ליצרנים לפשט את תהליך הייצור, לשפר את איכות הציפוי ולהפחית את התלות במערכות שימור מסורתיות. עובדה זו הופכת את הטיפול באולטרסאונד לאטרקטיבי ביותר עבור צבעי בניין, ציפויים תעשייתיים, תמיסות פונקציונליות, דיו ומערכות על בסיס מים דומות.
מכשירים סוניקטוריים של Hielscher מספקים את הפלטפורמה התעשייתית הדרושה ליישום אסטרטגיה זו בפועל. הודות לבקרה המדויקת, לתאי הזרימה הניתנים להפעלה בלחץ, ליכולת השילוב במערכת, ליכולת ההרחבה הליניארית, לקלות הניקוי ולתוצאות הניתנות לשחזור, הם מתאימים במיוחד ליישומים תובעניים בתחום הציפוי.

נצלו את היתרונות של פיזור וחיטוי באמצעות ציפוי קולי

חיטוי ופיזור של ציפויים על בסיס מים ללא שימוש בחומרים קוטלי חיידקים, באמצעות טיפול קולי, מהווים גישה מבטיחה ביותר לייצור צבעים מודרני. הטיפול הקולי משפר את פיזור הפיגמנטים, מפחית את העומס המיקרוביאלי ותורם ליציבות מוצר משופרת, והכל בתהליך משולב אחד. שילוב זה הוא בעל ערך רב במיוחד בענף הנתון ללחץ גובר לצמצם את השימוש בחומרים משמרים, תוך שמירה על איכות מוצר גבוהה ויעילות תהליכית.
ליצרני צבעים וציפויים על בסיס מים, מכשירי האולטרסאונד של Hielscher מציעים פתרון מעשי ומוכח בתעשייה. יכולת השליטה בתהליך, שילובם במערכת הייצור, תכנון תא הזרימה המשופר, יכולת ההרחבה, קלות הניקוי ההיגיינית וביצועים הניתנים לשחזור הופכים אותם לבחירה מצוינת לפיזור וחיטוי בו-זמניים של פיגמנטים לצבעים.

הטבלה הבאה נותנת לך אינדיקציה ליכולת העיבוד המשוערת של האולטרסאונד שלנו:

תכנון, ייצור וייעוץ – איכות תוצרת גרמניה

Hielscher ultrasonicators ידועים באיכות הגבוהה ביותר שלהם סטנדרטים עיצוב. חוסן ותפעול קל מאפשרים שילוב חלק של האולטרסאונד שלנו במתקנים תעשייתיים. תנאים קשים וסביבות תובעניות מטופלים בקלות על ידי אולטרסוניקטורים Hielscher.

Hielscher Ultrasonics היא חברה מוסמכת ISO לשים דגש מיוחד על ultrasonicators ביצועים גבוהים שמציעות טכנולוגיה חדישה וידידותיות למשתמש. כמובן, Hielscher ultrasonicators הם תואמי CE ולעמוד בדרישות של UL, CSA ו RoHs.

ספרות / מקורות