Vízbázisú bevonatok biocidmentes sterilizálása és diszpergálása

A vízbázisú bevonatokat széles körben használják, mert támogatják az alacsony VOC-értékű formulákat, a biztonságosabb kezelést és a fenntarthatóbb termelést. Ugyanakkor víztartalmuk miatt nagyon érzékenyek a mikrobiális szennyeződésre. A baktériumok, élesztőgombák és penészgombák a nyersanyagokon, tartályokon, csővezetékeken, töltőrendszereken vagy a gyártás és tárolás során a környezeti expozíció révén kerülhetnek a termékbe. Ha a szennyeződés bekövetkezik, a mikroorganizmusok gyorsan elszaporodhatnak, és veszélyeztethetik mind a termék minőségét, mind az eltarthatósági időt.
Ezért a mikrobiológiai stabilitás kritikus minőségi tényező a vízbázisú festékek, bevonatok, tinták és pigmentdiszperziók esetében.

A szonikáció kombinálja a pigmentek diszpergálását és a mikrobiológiai ellenőrzést egy ipari folyamatban

A gyártók hagyományosan a tartósítószerekre és a dobozban lévő biocidekre támaszkodnak a romlás megakadályozására. A növekvő szabályozási nyomás és a tisztább készítmények iránti növekvő kereslet azonban az alternatívák keresését ösztönzi. A nagy intenzitású szonikáció rendkívül hatékony megoldást kínál, mivel lehetővé teszi az egyidejű diszpergálást és sterilizálást egyetlen technológiai lépésben.
A bevonatgyártók számára ez azt jelenti, hogy az ultrahangos feldolgozás nem csak diszperziós technológia. Ez egy erőteljes folyamateszköz is a mikrobiológiai stabilitás javítására, miközben támogatja az alacsony biocid- vagy biocidmentes formulázási stratégiákat.

Miért kritikus a mikrobiális stabilitás a vízbázisú festékek ipari szempontból

A mikrobiális szennyeződés közvetlenül befolyásolja a termékminőséget és a folyamat megbízhatóságát: A festékek mikrobiális stabilitása jelentős ipari jelentőséggel bír, mivel a mikrobiális növekedés számos termékhibát és gyártási problémát okozhat. A vízbázisú készítmények gyakran tartalmaznak szerves összetevőket, például kötőanyagokat, diszpergálószereket, nedvesítőszereket, sűrítőanyagokat és habzásgátlókat. Ezek az összetevők kedvező környezetet teremthetnek a mikrobák szaporodásához, ha a feldolgozás vagy a tárolás során szennyeződés kerül be.

Az ipari gyakorlatban a mikrobiológiai ellenőrzés elégtelensége a következőket eredményezheti:

• viszkozitás sodródás és pH-változások
• gázképződés és a tartály duzzadása
• kellemetlen szag és elszíneződés
• csökkentett tárolási stabilitás
• filmhibák és következetlen alkalmazási viselkedés
• megnövekedett tisztítási gyakoriság és a szennyeződéssel kapcsolatos állásidő

A mikrobiális romlás nem csak a terméket károsítja. Visszatérő higiéniai problémákat is okozhat a tartályokban, csövekben és keringtető körökben, ami termelési veszteségekhez, utómunkához, vevői panaszokhoz és ártalmatlanítási költségekhez vezet. Ezért a mikrobiális stabilitás nem másodlagos tulajdonság. Ez a kereskedelmi szempontból sikeres vízbázisú bevonatok alapvető követelménye.

Hogyan működik a szonikáció a vízbázisú bevonatoknál

Az akusztikus kavitáció intenzív nyírást és mikrobiális bomlást okoz: A nagy teljesítményű ultrahang akusztikus kavitációval működik. Amikor az ultrahanghullámok áthaladnak egy folyadékon, mikroszkopikus buborékok képződnek, növekednek és implodálnak. Ezek a kavitációs események erősen lokalizált nyíróerőket, turbulenciát, nyomásváltozásokat és mikrosugarakat hoznak létre.
A vízalapú bevonatoknál ezek a hatások azért értékesek, mert egyszerre hatnak a részecskékre és a mikroorganizmusokra. A pigment agglomerátumok hatékonyan finomabb részecskékre bomlanak, míg a mikrobiális sejtek mechanikusan károsodnak és inaktiválódnak. Ez különösen vonzóvá teszi a szonikációt olyan készítmények esetében, ahol a diszperzió minősége és a mikrobiális stabilitás egyaránt lényeges.

Egy folyamatlépés két kritikus funkciót lát el

Ahelyett, hogy a pigmentek diszpergálását és a mikrobák elleni védekezést különálló feladatként kezelnénk, a szonikálás egyetlen műveletben egyesíti őket. Ez a kettős hatás egyértelmű ipari előnyt jelent.

Ugyanaz az ultrahangos energia, amely dezagglomerálja a pigmentklasztereket és egyenletesen eloszlatja a részecskéket, csökkentheti a bevonat életképes mikrobiális terhelését is. Ennek eredményeképpen a szonikáció támogatja:

• finomabb és egyenletesebb pigment diszperzió
• jobb színerősség és optikai konzisztencia
• csökkentett mikrobiális szennyeződés a feldolgozás során
• a vízalapú termékek jobb tárolási stabilitása
• kisebb függőség a tartósítószerektől és a dobozban lévő biocidektől

Ez teszi a szonikációt rendkívül fontossá a fenntarthatóbb és tisztább címkével ellátott bevonatrendszerek fejlesztése szempontjából.
 

Ultrahanggal diszpergált szilícium-dioxid: piros görbe – kezeletlen; zöld görbe: ultrahangos diszpergálás után

A festék pigmentek egyidejű diszpergálásának és sterilizálásának előnyei

1. A jobb diszperziós minőség javítja a bevonat teljesítményét
   A pigmentek és töltőanyagok gyakran képeznek agglomerátumokat, amelyeket elégtelen mechanikai energiával nehéz felbontani. A szonikáció intenzív és célzott nyírást biztosít, így rendkívül hatékony a deagglomeráció és a részecskeméret-csökkentés szempontjából. A finomabb diszperzió javíthatja a végső bevonat számos teljesítményjellemzőjét, beleértve a színfejlődést, az opacitást, a fényességet és a hosszú távú stabilitást.
2. Az egyidejű sterilizálás támogatja a biocidok csökkentését
   Ugyanakkor az ultrahangos kavitáció károsíthatja a folyadékfázisban lévő mikrobiális sejteket. Ez csökkenti a termékáramban lévő szennyeződést, és segít javítani a mikrobiális stabilitást anélkül, hogy kizárólag a kémiai tartósításra támaszkodna. Az alacsony biocid- vagy biocidmentes rendszerekre törekvő gyártók számára ez jelentős folyamatelőnyt jelent.
3. A folyamatok intenzifikálása csökkenti a komplexitást
   A két kulcsfontosságú folyamatcél egyetlen inline lépésben történő kombinálása egyszerűsíti a gyártást. Ahelyett, hogy a diszpergáláshoz és a mikrobiológiai ellenőrzéshez külön kezelési lépéseket kellene hozzáadni, a bevonatgyártók mindkettőt egyetlen ellenőrzött szonikációs folyamatba integrálhatják. Ez csökkenti a kezelést, támogatja a tisztább gyártást és javítja a reprodukálhatóságot.

Miért nyer egyre nagyobb jelentőséget a biocidmentes feldolgozás

A szabályozási, környezetvédelmi és piaci igények átformálják a formulázási stratégiákat
Az alacsony biocid- és biocidmentes bevonatok felé való elmozdulást számos ipari tényező mozgatja. A szabályozási keretek egyre szigorúbbá válnak, a környezetvédelmi elvárások nőnek, és a vásárlók biztonságosabb, fenntarthatóbb, kevesebb aggályos anyagot tartalmazó termékeket kérnek.
Ebben az összefüggésben a fizikai folyamattechnológiák stratégiai jelentőségre tesznek szert. A szonikáció különösen vonzó, mivel nem pusztán egy adalékanyagot helyettesít egy másikkal. Olyan nem vegyi kezelési elvet vezet be, amely a mechanikai energia révén javítja a diszpergálást és a mikrobiális stabilitást.

A formulázók és a gyártásvezetők számára ez számos előnnyel jár:

• a fenntarthatóbb termékkoncepciók támogatása
• csökkentett függőség a hagyományos tartósítószerektől
• javított folyamathigiénia
• erősebb pozícionálás a következő generációs vízalapú bevonatok számára

Miért a Hielscher szonátorok a legjobb megoldás az ipari bevonatgyártáshoz?

Pontos vezérlés a reprodukálható feldolgozási feltételekhez

A Hielscher szonikátorokat ipari folyamatszabályozásra tervezték. A bevonatgyártás során a szonikációs paraméterek pontos ellenőrzése elengedhetetlen, mivel a készítmény viselkedése függ a pigment típusától, a szilárdanyag-tartalomtól, a viszkozitástól, a hőmérséklettől, az áramlási sebességtől és a kezelés intenzitásától.

A Hielscher-rendszerek lehetővé teszik a fontos folyamatparaméterek pontos beállítását, mint például:

• amplitúdó
• nyomás
• áramlási sebesség / tartózkodási idő
• hőmérséklet
• Energiabevitel

Ez a precizitás lehetővé teszi a gyártók számára, hogy optimalizálják a pigment diszperzióját, javítva a készítmények minőségét és elérve a reprodukálható mikrobiális csökkentést.

SEM-felvételek a B. subtilis vegetatív sejtekről a) 30 perces ultrahangos besugárzás előtt (b) és után (c).
Tanulmány és kép: © Hashimoto et al., 2020

Nyomás alá helyezhető áramlási cellák az intenzív szonikációhoz

A megnövekedett nyomás növeli a kavitáció intenzitását
A Hielscher-technológia egyik legfontosabb előnye a nyomás alatt tartható áramlási cellás reaktorok használata. A nyomás nagymértékben befolyásolja a kavitációs viselkedést. Emelt nyomáson a kavitáció intenzívebbé és hatékonyabbá válik, ami különösen értékes az igényes diszperziók és a folyamatos mikrobiális inaktiválás esetében.

Nyomás alá helyezhető áramlási cellák támogatása:

• intenzív ultrahangos kezelés
• hatékonyabb deagglomerálás
• a folyamatok hatékonyságának javítása
• erősebb teljesítmény folyamatos üzemben

Az ipari bevonóüzemek számára ez azt jelenti, hogy az ultrahangos kezelés nem csak a laboratóriumi méretekben való megvalósíthatósághoz, hanem a valós termelési teljesítményhez és a termékigényekhez is igazítható.

Inline feldolgozás a folyamatos gyártáshoz

A szonikáció közvetlenül a gyártósorba integrálható
A Hielscher szonikátorok kiválóan alkalmasak inline feldolgozásra. Ez lehetővé teszi a vízbázisú bevonatok folyamatos kezelését, miközben azok áthaladnak a gyártórendszeren. Az inline szonikálás jól illeszkedik az ipari gyártáshoz, mivel elkerülhető vele a felesleges tételkezelés, és integrálható az átviteli körökbe, a recirkulációs rendszerekbe vagy a dedikált technológiai sorokba.

Az inline feldolgozás egyértelmű működési előnyökkel jár:

• folyamatos kezelés meghatározott feltételek mellett
• könnyebb integráció a meglévő üzemekbe
• csökkentett kézi kezelés
• a folyamatok hatékonyságának és következetességének javítása

A bevonatgyártók számára ez a szonikációt gyakorlati gyártási technológiává teszi, nem pedig kizárólag laboratóriumi módszerré.

Porlasztva szárított TiO2 ultrahangos marás előtt és után

Lineáris méretezhetőség a laboratóriumtól az ipari termelésig

A folyamatparaméterek megbízhatóan átvihetők a skálák között
A méretnövelés kritikus kérdés a folyamatfejlesztés során. A Hielscher ultrahangos rendszereit lineáris skálázhatóságra tervezték, ami azt jelenti, hogy a laboratóriumi vagy kísérleti léptékben megállapított folyamatfeltételek szisztematikusan átvihetők az ipari termelésbe.
Ez különösen fontos az innovatív, alacsony biocidtartalmú bevonatokat fejlesztő vállalatok számára, mivel csökkenti a kockázatot a megvalósítás során, és segít felgyorsítani a forgalmazást.

A lineáris skálázhatóság előnyei a következők:

• könnyebb folyamatfejlesztés
• megbízható átvitel az R&D a termeléshez
• kiszámítható teljesítmény nagyobb teljesítmény mellett
• alacsonyabb skálázási bizonytalanság

Könnyű tisztítás és higiénikus folyamattervezés

A tisztíthatóság számít, ha a mikrobiológiai stabilitás a cél
Ha a mikrobák ellenőrzése kulcsfontosságú folyamatcél, a berendezéshigiénia még fontosabbá válik. A Hielscher szonikátorokat praktikus ipari tisztításra és a higiénikus folyamatokba való egyszerű integrálásra tervezték.

Az egyszerű tisztítás segíti a gyártókat:

• csökkenti a berendezések szennyeződésének kockázatát
• támogatja a következetes mikrobiológiai ellenőrzést
• a tisztítási és karbantartási munkálatok lerövidítése
• a folyamat megbízhatóságának javítása ismételt gyártási ciklusok során

A vízalapú bevonatok esetében, ahol a szennyeződések a tartályokban, a holt zónákban és az átviteli rendszerekben is megmaradhatnak, a könnyen tisztítható ultrahangos berendezések közvetlenül hozzájárulnak a termék stabilitásához és az üzemeltetés robusztusságához.

A grindométeren lévő szonikált krétafesték a pigmentek tökéletesen egyenletes deagglomerációját és részecskeméret-eloszlását mutatja

Reprodukálható eredmények az ipari minőségbiztosításhoz

A konzisztencia elengedhetetlen a bevonatgyártók számára
Az ipari festékgyártás nagymértékben reprodukálható folyamateredményeket igényel. Az optikai tulajdonságoknak, a reológiának, az eltarthatóságnak és a mikrobiológiai stabilitásnak tételről tételre és hosszú gyártási időszakok alatt is állandónak kell maradnia.

A Hielscher szonikátorok reprodukálható ultrahangos körülményeket biztosítanak, amelyek támogatják:

• egyenletes pigment diszperzió
• stabil részecskeméret-csökkentés
• következetes mikrobiológiai kezelés
• megbízható termékminőség a gyártás során

Ez a reprodukálhatóság alapvető fontosságú a folyamat validálásához, a minőségbiztosításhoz és az ultrahangos technológia ipari alkalmazásához.

A szonikáció mint a modern vízbázisú bevonatok stratégiai technológiája

A bevonatipar a fenntarthatóbb, kevesebb veszélyes adalékanyagot tartalmazó és szilárdabb teljesítményű készítmények felé mozdul el. A szonikáció kivételesen jól illeszkedik ebbe az irányba, mivel egyszerre két fő gyártási kihívást is megold: a hatékony pigment-diszperzió és a mikrobiális stabilitás szükségességét.
Azáltal, hogy ezeket a funkciókat egyetlen folyamatlépésben egyesíti, a szonikáció segít a gyártóknak egyszerűsíteni a gyártást, javítani a bevonat minőségét, és csökkenteni a hagyományos tartósítórendszerektől való függőséget. Ez teszi az ultrahangos kezelést rendkívül vonzóvá az építészeti festékek, ipari bevonatok, funkcionális diszperziók, tinták és kapcsolódó vízbázisú rendszerek esetében.
A Hielscher szonikátorok biztosítják a stratégia gyakorlati megvalósításához szükséges ipari platformot. Pontos vezérlésük, nyomás alá helyezhető áramlási celláik, inline képességük, lineáris méretezhetőségük, könnyű tisztíthatóságuk és reprodukálható eredményeik különösen alkalmassá teszik őket az igényes bevonási alkalmazásokhoz.

Használja ki az ultrahangos bevonat diszpergálás és sterilizálás előnyeit

A vízbázisú bevonatok szonikációval történő biocidmentes sterilizálása és diszpergálása rendkívül ígéretes megközelítés a modern festékgyártásban. A szonikáció javítja a pigmentek diszpergálását, csökkenti a mikrobiális terhelést, és támogatja a termék erősebb stabilitását egyetlen integrált folyamatban. Ez a kombináció különösen értékes egy olyan iparágban, amely egyre nagyobb nyomás alatt áll a tartósítószerek csökkentése érdekében, miközben fenntartja a magas termékminőséget és a folyamat hatékonyságát.
A vízbázisú festékek és bevonatok gyártói számára a Hielscher szonikátorok praktikus és iparilag bevált megoldást kínálnak. A folyamat szabályozhatósága, inline integrálhatósága, intenzívebb áramlási cella kialakítása, méretezhetősége, higiénikus tisztíthatósága és reprodukálható teljesítménye kiváló választássá teszi őket a festékpigmentek egyidejű diszpergálására és sterilizálására.

Az alábbi táblázat jelzi ultrahangos készülékeink hozzávetőleges feldolgozási kapacitását:

Tervezés, gyártás és tanácsadás – Németországban gyártott minőség

A Hielscher ultrahangos készülékek jól ismertek a legmagasabb minőségi és tervezési szabványokról. A robusztusság és a könnyű kezelhetőség lehetővé teszi ultrahangos készülékeink zökkenőmentes integrálását ipari létesítményekbe. A durva körülmények és az igényes környezetek könnyen kezelhetők Hielscher ultrasonicators.

Hielscher Ultrasonics egy ISO tanúsítvánnyal rendelkező cég, és különös hangsúlyt fektet a nagy teljesítményű ultrasonicatorokra, amelyek a legmodernebb technológiát és felhasználóbarátságot mutatják. Természetesen a Hielscher ultrasonicators CE-kompatibilis és megfelel az UL, CSA és RoHs követelményeinek.

Irodalom / Hivatkozások