A tinta ultrahangos méretének csökkentése (pl. Tintasugaras nyomtatóhoz)
Az ultrahangos kavitáció hatékony eszköz a tinta pigmentek diszpergálására és mikroőrlésére (nedves őrlésére). Az ultrahangos diszpergálószereket sikeresen használják a kutatásban, valamint az UV-, víz- vagy oldószeralapú tintasugaras tinták ipari gyártásában.
Nanodiszpergált tintasugaras tinták
Az ultrahang nagyon hatékony a részecskék méretének csökkentésében 500μm-től kb. 10nm-ig.
Amikor ultrahangos kezelést alkalmaznak a nanorészecskék tintasugaras tintában történő diszpergálására, a tinta színskálája, tartóssága és nyomtatási minősége jelentősen javítható. Ezért a szonda típusú ultrahangos készülékeket széles körben használják nanorészecske-tartalmú tintasugaras tinták, speciális tinták (pl. Vezetőképes tinták, 3D-nyomtatható tinták, tetováló festékek) és festékek gyártásában.
Az alábbi grafikonok példát mutatnak a nem ultrahangos vs ultrahanggal diszpergált fekete pigmentekre tintasugaras tintában. Az ultrahangos kezelést az UIP1000hdT ultrahangos szondával végeztük. Az ultrahangos kezelés eredménye láthatóan kisebb részecskeméret és nagyon keskeny szemcseméret-eloszlás.

Az ultrahangos diszperzió lényegesen kisebb és egyenletesebb tinta pigmenteket eredményez. (zöld grafikon: szonikálás előtt – piros grafikon: ultrahangos kezelés után)
Hogyan javítja az ultrahangos diszperzió a tintasugaras tinta minőségét?
A nagy intenzitású ultrahangos készülékek rendkívül hatékonyak a nanorészecskék diszperziójához, méretcsökkentéséhez és egyenletes eloszlásához.
Ez azt jelenti, hogy a nanorészecskék ultrahangos tintasugaras tintában történő felhasználása javíthatja teljesítményét és tartósságát. A nanorészecskék nagyon kicsi, 1 és 100 nanométer közötti méretű részecskék, és egyedi tulajdonságokkal rendelkeznek, amelyek többféle módon javíthatják a tintasugaras tintát.
- Először is, a nanorészecskék javíthatják a tintasugaras tinta színskáláját, ami az előállítható színek tartományára utal. Amikor a nanorészecskéket egyenletesen diszpergálják egy szonda típusú ultrahangos készülékkel, a tinta következésképpen élénkebb és telítettebb színeket mutat. Ez azért van, mert a nanorészecskék szétszórhatják és visszaverhetik a fényt oly módon, ahogyan a hagyományos színezékek és pigmentek nem, ami jobb színvisszaadáshoz vezet.
- Másodszor, a homogén módon diszpergált nanorészecskék növelhetik a tintasugaras tinta fakulással, vízzel és maszatolással szembeni ellenállását. Ez azért van, mert a nanorészecskék erősebben kötődhetnek a papírhoz vagy más hordozóhoz, tartósabb és tartósabb képet hozva létre. Ezenkívül a nanorészecskék megakadályozhatják, hogy a tinta a papírba vérezzen, ami elkenődést okozhat és csökkentheti a nyomtatott kép élességét.
- Végül az ultrahanggal diszpergált nanorészecskék javíthatják a tintasugaras tinta nyomtatási minőségét és felbontását is. Az ultrahangos diszpergálószerek kivételesen hatékonyak, amikor a nanorészecskéket folyadékokban őrlik és keverik. Kisebb részecskék használatával a tinta finomabb és pontosabb vonalakat hozhat létre, ami élesebb és tisztább képeket eredményez. Ez különösen fontos az olyan alkalmazásokban, mint a kiváló minőségű fotónyomtatás és a képzőművészeti nyomtatás.
A folyamatparaméterek és a diszperziós eredmények ellenőrzése
A tintapigmentek szemcsemérete és szemcseméret-eloszlása számos termékjellemzőt befolyásol, például a színezőerőt vagy a nyomtatási minőséget. A tintasugaras nyomtatás során kis mennyiségű nagyobb részecske diszperziós instabilitáshoz, ülepedéshez vagy a tintasugaras fúvóka meghibásodásához vezethet. Ezért fontos, hogy a tintasugaras tinta minősége jól szabályozza a gyártásban használt méretcsökkentési folyamatot.

Ultrahangos homogenizátor UIP1000hdT nanodiszperziók esetében
Nanodiszperziók gyártósori feldolgozása tintasugaras tintákhoz
A Hielscher ultrahangos reaktorokat általában in-line használják. A tintasugaras tintát a reaktortartályba szivattyúzzák. Ott ultrahangos kavitációnak van kitéve szabályozott intenzitással. Az expozíciós idő a reaktor térfogatának és az anyagadagolási sebességnek az eredménye. Az inline szonikáció kiküszöböli a megkerülést, mert minden részecske áthalad a reaktorkamrán egy meghatározott utat követve. Mivel minden részecske azonos ultrahangos paramétereknek van kitéve ugyanabban az időben minden ciklus alatt, az ultrahangos kezelés jellemzően szűkíti és eltolja az eloszlási görbét, nem pedig szélesíti. Az ultrahangos diszperzió viszonylag szimmetrikus részecskeméret-eloszlást eredményez. Általában a jobb farok – a görbe negatív ferdesége, amelyet a durva anyagokra való áttérés okoz ("farok" a jobb oldalon) – nem figyelhető meg szonikált mintáknál.
Diszperzió szabályozott hőmérsékleten: folyamathűtés
A hőmérséklet-érzékeny járművek esetében a Hielscher köpenyes áramlási cellás reaktorokat kínál minden laboratóriumi és ipari eszközhöz. A reaktor belső falainak hűtésével a technológiai hő hatékonyan eloszlatható.
Az alábbi képek az UIP1000hdT ultrahangos szondával szétszórt koromfestéket mutatják UV tintában.

Az ultrahangos diszperzió biztosítja a hatékony részecskeméret-csökkentést és a korom pigmentek egyenletes eloszlását UV tintában.
Tintasugaras tinták diszpergálása és deagglomerációja bármilyen méretben
A Hielscher ultrahangos diszpergáló berendezéseket készít a tinták bármilyen térfogatú feldolgozására. Az ultrahangos laboratóriumi homogenizátorokat 1,5 ml-től kb. 2 literig terjedő térfogatokhoz használják, és ideálisak a tintakészítmények R + D szakaszában, valamint a minőségi vizsgálatokhoz. Továbbá a laboratóriumi megvalósíthatósági teszt lehetővé teszi a kereskedelmi gyártáshoz szükséges berendezésméret pontos kiválasztását.
Az ipari ultrahangos diszpergálószereket 0.5 és kb. 2000L közötti tételekhez vagy 0.1L és 20m³ / óra közötti áramlási sebességekhez használják. Más diszpergáló és marási technológiáktól eltérően, az ultrahangos kezelés könnyen méretezhető, mivel minden fontos folyamatparaméter lineárisan méretezhető.
Az alábbi táblázat általános ultrahangos ajánlásokat mutat a feldolgozandó köteg mennyiségétől vagy áramlási sebességétől függően.
Kötegelt mennyiség | Áramlási sebesség | Ajánlott eszközök |
---|---|---|
10 és 2000 ml között | 20–400 ml/perc | UP200Ht, UP400ST |
0.1-től 20L-ig | 0.2-től 4 liter/percig | UIP2000hdT |
10–100 liter | 2–10 l/perc | UIP4000hdt |
15–150 liter | 3–15 l/perc | UIP6000hdT |
n.a. | 10–100 l/perc | UIP16000 |
n.a. | Nagyobb | klaszter UIP16000 |
Kapcsolat! / Kérdezzen tőlünk!
Hogyan működnek az ultrahangos diszpergálószerek? – Az akusztikus kavitáció működési elve
Az ultrahangos kavitáció olyan folyamat, amely nagyfrekvenciás hanghullámokat használ kis gázbuborékok előállítására folyadékban. Amikor a buborékok nagy nyomásnak vannak kitéve, összeomolhatnak vagy összeomolhatnak, felszabadítva az energialöketet. Ez az energia felhasználható a részecskék diszpergálására a folyadékban, kisebb méretűre bontva őket.
Az ultrahangos kavitációban a hanghullámokat egy ultrahangos átalakító generálja, amely általában szondára vagy kürtre van szerelve. A jelátalakító az elektromos energiát mechanikai energiává alakítja hanghullámok formájában, amelyeket ezután a szondán vagy a kürtön keresztül továbbítanak a folyadékba. Amikor a hanghullámok elérik a folyadékot, nagynyomású hullámokat hoznak létre, amelyek a gázbuborékok összeomlását okozhatják.
Számos lehetséges alkalmazása van az ultrahangos kavitációnak a diszperziós folyamatokban, beleértve az emulziók előállítását, a pigmentek és töltőanyagok diszperzióját, valamint a részecskék deagglomerációját. Az ultrahangos kavitáció hatékony módja lehet a részecskék diszpergálásának, mert nagy nyíróerőket és energiabevitelt generálhat, valamint más fontos folyamatparamétereket, például a hőmérsékletet és a nyomást pontosan szabályozhatja, lehetővé téve a folyamat testreszabását az alkalmazás sajátos igényeihez. Ez a pontos folyamatszabályozás az szonikálás egyik kiemelkedő előnye, mivel a kiváló minőségű termékek megbízhatóak és reprodukálhatóan előállíthatók, és elkerülhető a részecskék vagy folyadék nem kívánt lebomlása.
Robusztus és könnyen tisztítható
Az ultrahangos reaktor a reaktortartályból és az ultrahangos sonotrode-ból áll. Ez az egyetlen alkatrész, amely kopásnak van kitéve, és percek alatt könnyen cserélhető. Az oszcilláció-leválasztó karimák lehetővé teszik a sonotrode felszerelését nyitott vagy zárt nyomás alatt álló tartályokba vagy áramlási cellákba bármilyen irányban. Nincs szükség csapágyakra. Az áramlási cellás reaktorok általában rozsdamentes acélból készülnek, egyszerű geometriájuk van, és könnyen szétszerelhetők és megsemmisíthetők. Nincsenek kis nyílások vagy rejtett sarkok.
Ultrahangos tisztító a helyén
A diszpergáló alkalmazásokhoz használt ultrahangos intenzitás sokkal magasabb, mint a tipikus ultrahangos tisztításnál. Ezért az ultrahangos teljesítmény felhasználható a tisztítás elősegítésére öblítés és öblítés közben, mivel az ultrahangos kavitáció eltávolítja a részecskéket és a folyadékmaradványokat a sonotrode-ból és az áramlási cella falaiból.
Irodalom / Hivatkozások
- FactSheet Ultrasonic Inkjet Dispersion – Hielscher Ultrasonics
- 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, Issue1. January 9, 2020.
- Anastasia V. Tyurnina, Iakovos Tzanakis, Justin Morton, Jiawei Mi, Kyriakos Porfyrakis, Barbara M. Maciejewska, Nicole Grobert, Dmitry G. Eskin 2020): Ultrasonic exfoliation of graphene in water: A key parameter study. Carbon, Vol. 168, 2020.
- del Bosque, A.; Sánchez-Romate, X.F.; Sánchez, M.; Ureña, A. (2022): Easy-Scalable Flexible Sensors Made of Carbon Nanotube-Doped Polydimethylsiloxane: Analysis of Manufacturing Conditions and Proof of Concept. Sensors 2022, 22, 5147.
- Brad W. Zeiger; Kenneth S. Suslick (2011): Sonofragmentation of Molecular Crystals. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 37, 14530–14533.
- Poinern G.E., Brundavanam R., Thi-Le X., Djordjevic S., Prokic M., Fawcett D. (2011): Thermal and ultrasonic influence in the formation of nanometer scale hydroxyapatite bio-ceramic. Int J Nanomedicine. 2011; 6: 2083–2095.

Hielscher Ultrasonics gyárt nagy teljesítményű ultrahangos homogenizátorok labor hoz ipari méret.