परिक्षेपण और पिसाई के लिए अल्ट्रासाउंड: पेंट और वर्णक

शक्तिशाली अल्ट्रासाउंड अपने तीव्र और सटीक रूप से नियंत्रित किए जा सकने वाले पिसाई तथा परिक्षेपण प्रभावों के लिए प्रसिद्ध है। यही गुण अल्ट्रासोनिक होमोजेनाइज़र को वर्णक पेस्ट और पेंट फ़ॉर्मूलेशन के उत्पादन के लिए आदर्श बनाते हैं। औद्योगिक अल्ट्रासोनिकेटर माइक्रोन और नैनो परास में अत्यधिक एकसमान कण आकार वितरण प्रदान करते हैं। एकसमान भिगोने, परिक्षेपण, कण-समुच्चय विघटन और पिसाई के लिए Hielscher सोनिकेटर से उच्च श्यानता वाली बड़ी आयतन प्रवाह धाराओं को संसाधित करें!

अल्ट्रासाउंड से पेंट निर्माण

सोनिकेशन से अपने पेंट, रंगों और कोटिंग में सुधार करें:

• फ़ॉर्मूलेशन: चाहे श्यानता अधिक हो, कणों की मात्रा अधिक हो, या फ़ॉर्मूलेशन जलीय अथवा विलायक आधारित हो – Hielscher के औद्योगिक इनलाइन अल्ट्रासोनिकेटर से आप किसी भी फ़ॉर्मूलेशन को संसाधित कर सकते हैं।
• माइक्रोन और नैनो आकार: ध्वनिक कैविटेशन से उत्पन्न उच्च अपरूपण बल कणों का व्यास अत्यंत छोटा कर देते हैं और एकसमान परिक्षेपण प्रदान करते हैं। अपने कणों और फ़ॉर्मूलेशन की आवश्यकताओं के अनुसार अल्ट्रासोनिकेशन के मापदंड समायोजित करके नैनो आकार के वर्णकों का विश्वसनीय उत्पादन किया जा सकता है।
• प्रकाशीय गुण: सही प्रकाशीय गुण प्राप्त करने के लिए वर्णक के कण आकार को नियंत्रित करना आवश्यक है। सामान्यतः अपारदर्शिता का संबंध कण आकार से होता है: कण आकार जितना महीन होगा, अपारदर्शिता उतनी अधिक होगी। उदाहरण के लिए, TiO2 को विशेष रूप से 0.20 से 0.3 माइक्रोन के कण आकार तक संसाधित किया जाता है, जो प्रकाश की तरंगदैर्घ्य के लगभग आधे के बराबर है। अल्ट्रासोनिकेशन TiO2 वर्णकों को उनके इष्टतम आकार तक छोटा करता है, जिससे अधिकतम आवरण क्षमता प्राप्त होती है।
• उच्च प्रदर्शन वाले कण: छोटे कण आकार से रंग संतृप्ति, रंग की एकरूपता और स्थिरता बढ़ती है। तीव्र, फिर भी सटीक रूप से नियंत्रित किए जा सकने वाले अल्ट्रासाउंड बल संशोधित और प्रकार्यात्मक बनाए गए नैनोकणों का उत्पादन संभव बनाते हैं, जैसे लेपित कण, SWNTs, MWCNTs और कोर-शेल कण। ऐसे कण विशिष्ट गुण प्रदर्शित करते हैं और पेंट या कोटिंग फ़ॉर्मूलेशन को गुणवत्ता तथा कार्यक्षमता के एक नए स्तर तक ले जाते हैं (जैसे UV प्रतिरोध, खरोंच प्रतिरोध, मजबूती, आसंजन क्षमता, उच्च ताप प्रतिरोध, अवरक्त और सौर परावर्तकता)।
• संशोधित कण: सतह-संशोधित वर्णकों में वर्णक की मात्रा अधिक होने पर भी बहुत कम श्यानता (10% ठोस पदार्थ पर 2.5cP), उत्कृष्ट निलंबन स्थिरता और उच्च शुद्धता होती है। अल्ट्रासोनिक सहायता से कणों को प्रकार्यात्मक बनाना विशेष गुणों वाले उच्च प्रदर्शन वर्णकों का संश्लेषण सरल बनाता है।

अल्ट्रासाउंड कैविटेशन और उच्च अपरूपण बलों से पीसे तथा परिक्षेपित किए गए वर्णक पेस्ट में आकार में उल्लेखनीय कमी और एकसमान वितरण दिखाई देता है। ऊपर का आलेख दर्शाता है कि अल्ट्रासोनिक ऊर्जा बढ़ने के साथ आकार में कमी भी बढ़ती है।

पेंट के उत्पादन के लिए वर्णक, बाइंडर/ फ़िल्म बनाने वाले पदार्थ, तनुकारक/ विलायक, रेज़िन, भराव पदार्थ और योजक जैसे घटकों को एक साथ मिलाकर एकसमान फ़ॉर्मूलेशन बनाना आवश्यक है। वर्णक वह निर्णायक घटक है जो पेंट को उसका रंग देता है। सबसे महत्वपूर्ण श्वेत वर्णक TiO2 है, जिसे वांछित स्तर की श्वेतता, चमक, अपारदर्शिता और अत्यधिक उच्च अपवर्तनांक प्रदर्शित करने के लिए पीसकर 0.2 से 0.3 माइक्रोन व्यास के बीच के इष्टतम कण आकार तक लाना आवश्यक है। अल्ट्रासोनिक अपरूपण बल TiO2 कणों का अत्यंत प्रभावी और ऊर्जा-कुशल कण-समुच्चय विघटन तथा परिक्षेपण प्रदान करते हैं (नीचे चित्र देखें)।

अलग-अलग ठोस सांद्रताओं वाले अल्ट्रासोनिक रूप से परिक्षेपित TiO2 नैनोकण निलंबन का TEM चित्र। सोनिकेशन के लिए प्रयुक्त उपकरण: अल्ट्रासोनिकेटर UIP1000hdT
बाएँ: अल्ट्रासोनिक ऊर्जा निवेश 1.8 × 10⁵ J/L – दाएँ: अल्ट्रासोनिक ऊर्जा निवेश 5.4 × 10⁵ J/L
(अध्ययन और चित्र: ©Fasaki et al., 2012)

 
अल्ट्रासोनिक पिसाई और परिक्षेपण पेंट की रंग सामर्थ्य, घनत्व, पिसाई की महीनता, परिक्षेपण और प्रवाहिकी में सुधार करके उसकी गुणवत्ता बढ़ाते हैं।

अल्ट्रासोनिक परिक्षेपण और पिसाई की परिस्थितियाँ

पेंट और कोटिंग की गुणवत्ता वर्णकों के समांगी परिक्षेपण पर निर्भर करती है। Hielscher Ultrasonics पेंट के परिक्षेपण के लिए प्रभावी पिसाई उपकरण प्रदान करता है, विशेष रूप से अधिक वर्णक मात्रा वाले फ़ॉर्मूलेशन के लिए। पिसाई, कण-समुच्चय विघटन और परिक्षेपण अनुप्रयोगों के लिए अल्ट्रासोनिक परिक्षेपकों की कार्यप्रणाली मुख्यतः अल्ट्रासोनिक कैविटेशन से उत्पन्न अपरूपण के सिद्धांत पर आधारित है। कणों को अलग करने के लिए आवश्यक कैविटेशन-जनित अपरूपण बल उच्च दाबांतरों, स्थानीय उच्च ताप वाले क्षेत्रों और द्रव जेटों से उत्पन्न होते हैं, जिससे कणों के बीच टकराव के कारण कण टूटते हैं।
प्रति अल्ट्रासोनिक प्रोब 16,000 वाट वाले UIP16000hdT जैसे औद्योगिक अल्ट्रासोनिक परिक्षेपकों में पेंट और कोटिंग की बड़ी आयतन प्रवाह धाराओं को संसाधित करने की क्षमता होती है।

ग्राइंडोमीटर पर सोनिकेशन से उपचारित चॉक पेंट वर्णकों के पूर्णतः एकसमान कण-समुच्चय विघटन और कण आकार वितरण को दर्शाता है

नैनोकणों का परिक्षेपण

अलग-अलग परिक्षेपित प्राथमिक कण प्राप्त करने के लिए नैनोकणों को कुशलतापूर्वक संसाधित करने की अक्सर एकमात्र विधि अल्ट्रासोनिक पिसाई और परिक्षेपण होती है। प्राथमिक कण का छोटा आकार अधिक सतही क्षेत्रफल प्रदान करता है और कणों के विशिष्ट गुणों तथा कार्यक्षमताओं की अभिव्यक्ति से संबंधित होता है। साथ ही, छोटा कण आकार उच्च सतही ऊर्जा से जुड़ा होता है, जिससे समुच्चयन और अभिक्रियाशीलता अधिक तीव्र होती है; इसलिए नैनोकणों को फ़ॉर्मूलेशन में समांगी रूप से परिक्षेपित करने के लिए तीव्र अल्ट्रासोनिक परिक्षेपण बल आवश्यक होते हैं।
इसके अतिरिक्त, अल्ट्रासोनिक सतह उपचार नैनोकणों को संशोधित कर सकता है, जिससे परिक्षेपणीयता, परिक्षेपण स्थिरता, जलविरागिता और अन्य गुणों में सुधार होता है।
शोधकर्ताओं ने नैनोकणों के लिए अल्ट्रासोनिक परिक्षेपण विधि को पसंदीदा समाधान के रूप में अनुशंसित किया है, “क्योंकि अल्ट्रासोनिक विधि से परिक्षेपित सामग्री बीड मिलिंग से उत्पादित सामग्री की तुलना में कहीं अधिक शुद्ध होती है।” [Kim et al. 2010].

तीन-रोल, बॉल या मीडिया मिल जैसी पारंपरिक पिसाई तकनीकों की तुलना में अल्ट्रासोनिक परिक्षेपण तकनीक के कई लाभ हैं।

मास्टरबैच और पेंट फ़ॉर्मूलेशन के लिए वर्णकों तथा रंजकों के अल्ट्रासोनिक समांगीकरण और परिक्षेपण के बारे में अधिक पढ़ें!

साहित्य / संदर्भ

• 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.