הקטנת גודל על-קולית של דיו (למשל עבור הזרקת דיו)

קוויטציה קולית היא אמצעי יעיל לפיזור ומיקרו-טחינה (כרסום רטוב) של פיגמנטים דיו. מפיצים קוליים משמשים בהצלחה במחקר, כמו גם בייצור תעשייתי של דיו הזרקת דיו מבוסס UV, מים או ממס.

דיו הזרקת דיו ננו-מפוזר

אולטרסאונד יעיל מאוד בהפחתת גודל של חלקיקים בטווח שבין 500μm עד כ 10nm.
כאשר משתמשים באולטרסוניקציה כדי לפזר ננו-חלקיקים בדיו הזרקת דיו, ניתן לשפר באופן משמעותי את סולם הצבעים, העמידות ואיכות ההדפסה של הדיו. לכן, אולטרסאונד מסוג בדיקה נמצא בשימוש נרחב בייצור דיו הזרקת דיו המכיל ננו-חלקיקים, דיו מיוחד (למשל, דיו מוליך, דיו להדפסה תלת-ממדית, דיו קעקועים) וצבעים.
 

הגרפים שלהלן מציגים דוגמה לפיגמנטים שחורים ללא סוניקה לעומת פיגמנטים שחורים בפיזור אולטרה-סאונד בדיו הזרקת דיו. טיפול קולי בוצע עם בדיקה קולית UIP1000hdT. התוצאה של הטיפול האולטרסוני היא גודל חלקיקים קטן יותר באופן ניכר ופיזור גודל חלקיקים צר מאוד.

פיזור על-קולי יוצר פיגמנטי דיו קטנים ואחידים יותר באופן משמעותי. (גרף ירוק: לפני סוניקציה – גרף אדום: אחרי סוניקציה)

כיצד פיזור על-קולי משפר את איכות הזרקת הדיו?

אולטרסאונד בעוצמה גבוהה יעיל מאוד לפיזור, הפחתת גודל ופיזור אחיד של ננו-חלקיקים.
משמעות הדבר היא שפיזור ננו-חלקיקים עם אולטרסאונד בדיו הזרקת דיו יכול לשפר את הביצועים והעמידות שלו. ננו-חלקיקים הם חלקיקים קטנים מאוד עם גדלים בטווח של 1 עד 100 ננומטר, ויש להם תכונות ייחודיות שיכולות לשפר את הזרקת הדיו בכמה דרכים.

• ראשית, ננו-חלקיקים יכולים לשפר את סולם הצבעים של דיו הזרקת דיו, המתייחס למגוון הצבעים שניתן לייצר. כאשר ננו-חלקיקים מפוזרים באופן אחיד באמצעות על-קוליקטור מסוג גשוש, הדיו מציג צבעים חיים ורוויים יותר. הסיבה לכך היא שננו-חלקיקים יכולים להתפזר ולהחזיר אור בדרכים שצבעים ופיגמנטים מסורתיים אינם יכולים, מה שמוביל לשכפול צבעים משופר.
• שנית, ננו-חלקיקים מפוזרים הומוגניים יכולים להגביר את העמידות של דיו הזרקת דיו לדהייה, מים והכתמה. הסיבה לכך היא שננו-חלקיקים יכולים להיקשר חזק יותר עם הנייר או המצע האחר, וליצור תמונה עמידה יותר ועמידה יותר. בנוסף, ננו-חלקיקים יכולים למנוע מהדיו לדמם לתוך הנייר, מה שעלול לגרום למריחות ולהפחית את החדות של התמונה המודפסת.
• לבסוף, ננו-חלקיקים בפיזור אולטרה-סאונד יכולים גם לשפר את איכות ההדפסה והרזולוציה של דיו הזרקת דיו. מפיצים על-קוליים יעילים במיוחד בכל הנוגע לכרסום וערבוב ננו-חלקיקים בנוזלים. באמצעות שימוש בחלקיקים קטנים יותר, צבע הדיו יכול ליצור קווים עדינים ומדויקים יותר, והתוצאה היא תמונות חדות וברורות יותר. זה חשוב במיוחד ביישומים כגון הדפסת תמונות באיכות גבוהה והדפסת אמנות.

בקרה על פרמטרים של תהליכים ותוצאות פיזור

גודל החלקיקים והתפלגות גודל החלקיקים של פיגמנטי דיו משפיעים על מאפייני מוצר רבים, כגון חוזק גוון או איכות הדפסה. כשמדובר בהדפסת הזרקת דיו, כמות קטנה של חלקיקים גדולים יותר עלולה להוביל לחוסר יציבות בפיזור, שיקוע או כשל בפיית הזרקת דיו. מסיבה זו חשוב שלאיכות דיו הזרקת הדיו תהיה שליטה טובה על תהליך הקטנת הגודל המשמש בייצור.

עיבוד מוטבע של ננו-פיזור עבור דיו הזרקת דיו

כורים קוליים Hielscher משמשים בדרך כלל בשורה. דיו הזרקת הדיו נשאב לתוך כלי הכור. שם הוא חשוף cavitation קולי בעוצמה מבוקרת. זמן החשיפה הוא תוצאה של נפח הכור וקצב הזנת החומר. סוניקציה מוטבעת מבטלת עקיפה מכיוון שכל החלקיקים עוברים את תא הכור בנתיב מוגדר. מכיוון שכל החלקיקים נחשפים לפרמטרים זהים של סוניקציה באותו זמן במהלך כל מחזור, אולטרה-סוניקציה בדרך כלל מצמצמת ומשנה את עקומת הפיזור במקום להרחיב אותה. פיזור על-קולי מייצר התפלגות גודל חלקיקים סימטרית יחסית. באופן כללי, זנב ימני – הטיה שלילית של העקומה הנגרמת על ידי מעבר לחומרים הגסים ("זנב" מימין) – לא ניתן לראות בדגימות סוניקציה.

פיזור בטמפרטורות מבוקרות: קירור תהליך

עבור כלי רכב רגישים לטמפרטורה, Hielscher מציעה כורי תאי זרימה עבור כל התקני מעבדה ותעשייה. על ידי קירור דפנות הכור הפנימיות, חום התהליך יכול להתפוגג ביעילות.

התמונות למטה מראות פיגמנט שחור פחמן מפוזר עם הבדיקה העל-קולית UIP1000hdT בדיו UV.

פיזור על-קולי מבטיח הפחתה יעילה של גודל החלקיקים ופיזור אחיד של פיגמנטים שחורים פחמניים בדיו UV.

פיזור ופירוק של דיו הזרקת דיו בכל קנה מידה

Hielscher עושה ציוד פיזור קולי לעיבוד דיו בכל נפח. הומוגנייזרים אולטראסוניים במעבדה משמשים בנפחים שבין 1.5 מ"ל לכ-2 ליטר והם אידיאליים לשלב R+D של פורמולציות דיו וכן לבדיקות איכות. כמו כן, בדיקת היתכנות במעבדה מאפשרת לבחור במדויק את גודל הציוד הנדרש לייצור מסחרי.
מפיצים קוליים תעשייתיים משמשים בייצור עבור אצוות מ 0.5 עד כ 2000L או שיעורי זרימה מ 0.1L ל 20m³ לשעה. בשונה מטכנולוגיות פיזור וכרסום אחרות, ניתן להגדיל את האולטרסוניקציה בקלות מכיוון שניתן לשנות את קנה המידה של כל פרמטרי התהליך החשובים באופן ליניארי.

הטבלה הבאה מציגה המלצות אולטרה-סאונד כלליות בהתאם לנפח האצווה או קצב הזרימה שיש לעבד.

 
כיצד פועלים מפיצים קוליים? – עקרון העבודה של קביטציה אקוסטית
קוויטציה קולית היא תהליך המשתמש בגלי קול בתדר גבוה כדי ליצור בועות גז קטנות בנוזל. כאשר הבועות נתונות ללחץ גבוה, הן יכולות לקרוס, או להתפוצץ, ולשחרר פרץ של אנרגיה. אנרגיה זו יכולה לשמש לפיזור חלקיקים בנוזל, פירוק אותם לגדלים קטנים יותר.
ב cavitation קולי, גלי הקול נוצרים על ידי מתמר קולי, אשר מותקן בדרך כלל על בדיקה או קרן. המתמר ממיר אנרגיה חשמלית לאנרגיה מכנית בצורה של גלי קול, אשר מועברים לתוך הנוזל דרך הגשושית או הקרן. כאשר גלי הקול מגיעים לנוזל, הם יוצרים גלים בלחץ גבוה שיכולים לגרום לבועות הגז להתפוצץ.
ישנם מספר יישומים פוטנציאליים לקוויטציה על-קולית בתהליכי פיזור, כולל ייצור תחליבים, פיזור פיגמנטים וחומרי מילוי, ופירוק חלקיקים. קוויטציה קולית יכולה להיות דרך יעילה לפיזור חלקיקים מכיוון שהיא יכולה ליצור כוחות גזירה גבוהים וקלט אנרגיה, כמו גם פרמטר תהליך חשוב אחר כגון טמפרטורה ולחץ ניתן לשלוט במדויק, מה שמאפשר להתאים את התהליך לצרכים הספציפיים של היישום. בקרת תהליך מדויקת זו היא אחד היתרונות הבולטים של סוניקציה מכיוון שמוצרים באיכות גבוהה יכולים להיות אמינים ומיוצרים באופן ניתן לשכפול ונמנעת כל התפרקות בלתי רצויה של חלקיקים או נוזלים.

חזק וקל לניקוי

כור קולי מורכב מכלי הכור ומהסונוטרודה העל-קולית. זהו החלק היחיד, הנתון לשחיקה וניתן להחליפו בקלות תוך דקות. אוגנים לניתוק תנודות מאפשרים להרכיב את הסונוטרודה למיכלים פתוחים או סגורים הניתנים ללחץ או לתאי זרימה בכל כיוון. אין צורך במיסבים. כורי תאי זרימה עשויים בדרך כלל מפלדת אל-חלד ויש להם גיאומטריות פשוטות וניתן לפרק ולמחוק אותם בקלות. אין פתחים קטנים או פינות נסתרות.

מנקה אולטרסאונד במקום

העוצמה העל-קולית המשמשת לפיזור יישומים גבוהה בהרבה מאשר לניקוי על-קולי טיפוסי. לכן ניתן להשתמש בכוח העל-קולי כדי לסייע בניקוי במהלך שטיפה ושטיפה, שכן הקוויטציה העל-קולית מסירה חלקיקים ושאריות נוזלים מהסונוטרודה ומדפנות תאי הזרימה.