Թանաքի մասնիկների չափերի ուլտրաձայնային փոքրացում (օրինակ՝ շիթային տպագրության համար)
Ուլտրաձայնային կավիտացիան արդյունավետ միջոց է թանաքի պիգմենտների դիսպերգման և միկրոմանրացման (թաց աղացման) համար։ Ուլտրաձայնային դիսպերգատորները հաջողությամբ կիրառվում են ինչպես հետազոտություններում, այնպես էլ UV-ի, ջրի կամ լուծիչի հիմքով շիթային տպագրության թանաքների արդյունաբերական արտադրության մեջ։
Նանոդիսպերգված թանաքներ շիթային տպագրության համար
Ուլտրաձայնը շատ արդյունավետ է մասնիկների չափերը 500µm-ից մինչև մոտավորապես 10nm փոքրացնելու համար։
Երբ ուլտրաձայնային մշակումն օգտագործվում է շիթային տպագրության թանաքում նանոմասնիկներ դիսպերգելու համար, թանաքի գունային ընդգրկույթը, դիմացկունությունը և տպագրության որակը կարող են էապես բարելավվել։ Ուստի զոնդային տիպի ուլտրաձայնային սարքերը լայնորեն կիրառվում են նանոմասնիկներ պարունակող շիթային տպագրության թանաքների, հատուկ նշանակության թանաքների (օրինակ՝ էլեկտրահաղորդիչ թանաքների, 3D տպագրության համար պիտանի թանաքների, դաջվածքների թանաքների) և ներկերի արտադրության մեջ։
2x 1000 վատտ հզորությամբ ուլտրաձայնային դիսպերգատորներ՝ նանոդիսպերսիաների համար նախատեսված, գազով փչամաքրվող պահարանում։
Ստորև բերված գրաֆիկները ցույց են տալիս շիթային տպագրության թանաքում ուլտրաձայնով չմշակված և ուլտրաձայնով դիսպերգված սև պիգմենտների համեմատության օրինակ։ Ուլտրաձայնային մշակումն իրականացվել է UIP1000hdT ուլտրաձայնային զոնդով։ Ուլտրաձայնային մշակման արդյունքը մասնիկների տեսանելիորեն փոքր չափերն են և ըստ չափերի շատ նեղ բաշխումը։
Ուլտրաձայնային դիսպերգման արդյունքում թանաքի պիգմենտները դառնում են զգալիորեն ավելի փոքր և համաչափ։ (կանաչ գրաֆիկ՝ ուլտրաձայնային մշակումից առաջ – կարմիր գրաֆիկ՝ ուլտրաձայնային մշակումից հետո)
Ինչպե՞ս է ուլտրաձայնային դիսպերգումը բարելավում շիթային տպագրության թանաքի որակը։
Բարձր ինտենսիվության ուլտրաձայնային սարքերը խիստ արդյունավետ են նանոմասնիկների դիսպերգման, չափերի փոքրացման և հավասարաչափ բաշխման համար։
Սա նշանակում է, որ շիթային տպագրության թանաքում նանոմասնիկների ուլտրաձայնային դիսպերգումը կարող է բարելավել դրա գործառնական հատկություններն ու դիմացկունությունը։ Նանոմասնիկները շատ փոքր մասնիկներ են՝ 1-ից 100 նանոմետր չափերով, և ունեն յուրահատուկ հատկություններ, որոնք կարող են մի քանի առումներով բարելավել շիթային տպագրության թանաքը։
- Նախ՝ նանոմասնիկները կարող են բարելավել շիթային տպագրության թանաքի գունային ընդգրկույթը, որը հնարավոր վերարտադրվող գույների տիրույթն է։ Երբ նանոմասնիկները հավասարաչափ դիսպերգվում են զոնդային տիպի ուլտրաձայնային սարքով, արդյունքում թանաքն ավելի վառ և հագեցած գույներ է տալիս։ Դա պայմանավորված է նրանով, որ նանոմասնիկները կարող են լույսը ցրել և անդրադարձնել այնպիսի եղանակներով, որոնք հնարավոր չեն ավանդական ներկանյութերի և պիգմենտների դեպքում՝ հանգեցնելով գունավերարտադրության բարելավման։
- Երկրորդ՝ համասեռ դիսպերգված նանոմասնիկները կարող են բարձրացնել շիթային տպագրության թանաքի դիմադրությունը գունաթափման, ջրի և քսվելով լղոզվելու նկատմամբ։ Դա պայմանավորված է նրանով, որ նանոմասնիկները կարող են ավելի ամուր կապվել թղթի կամ այլ տակդիրի հետ՝ ստեղծելով ավելի դիմացկուն և երկարակյաց պատկեր։ Բացի այդ, նանոմասնիկները կարող են կանխել թանաքի տարածվելը թղթի մեջ, ինչը կարող է առաջացնել լղոզում և նվազեցնել տպված պատկերի հստակությունը։
- Վերջապես, ուլտրաձայնով դիսպերգված նանոմասնիկները կարող են նաև բարելավել շիթային տպագրության թանաքով ստացվող տպագրության որակն ու լուծաչափը։ Ուլտրաձայնային դիսպերգատորները բացառիկ արդյունավետություն ունեն հեղուկներում նանոմասնիկների աղացման և խառնման գործում։ Ավելի փոքր մասնիկների օգտագործմամբ թանաքը կարող է ստեղծել ավելի բարակ և ճշգրիտ գծեր՝ ապահովելով ավելի հստակ և պարզ պատկերներ։ Սա հատկապես կարևոր է այնպիսի կիրառություններում, ինչպիսիք են բարձրորակ լուսանկարչական և գեղարվեստական տպագրությունը։
Գործընթացի պարամետրերի և դիսպերգման արդյունքների վերահսկում
Թանաքի պիգմենտների մասնիկների չափերը և ըստ չափերի բաշխումն ազդում են արտադրանքի բազմաթիվ բնութագրերի վրա, ինչպիսիք են գունավորող ուժը կամ տպագրության որակը։ Շիթային տպագրության դեպքում ավելի խոշոր մասնիկների փոքր քանակությունը կարող է հանգեցնել դիսպերսիայի անկայունության, նստվածքագոյացման կամ շիթային տպիչի վարդակի խափանման։ Այդ պատճառով շիթային տպագրության թանաքի որակի համար կարևոր է արտադրության մեջ կիրառվող՝ մասնիկների չափերի փոքրացման գործընթացի պատշաճ վերահսկումը։
Ուլտրաձայնային հոմոգենիզատոր UIP1000hdT նանոդիսպերսիաների համար
Շիթային տպագրության թանաքների նանոդիսպերսիաների մշակում հոսքագծում
Hielscher ուլտրաձայնային ռեակտորները սովորաբար օգտագործվում են հոսքային գծում։ Թանաքաշիթ տպագրության թանաքը պոմպով մղվում է ռեակտորի տարայի մեջ։ Այնտեղ այն ենթարկվում է վերահսկվող ինտենսիվությամբ ուլտրաձայնային կավիտացիայի։ Ազդեցության տևողությունը պայմանավորված է ռեակտորի ծավալով և նյութի սնուցման արագությամբ։ Հոսքային գծում ուլտրաձայնային մշակումը բացառում է շրջանցումը, քանի որ բոլոր մասնիկներն անցնում են ռեակտորի խցիկով՝ սահմանված ուղով։ Քանի որ յուրաքանչյուր ցիկլի ընթացքում բոլոր մասնիկները նույն ժամանակահատվածում ենթարկվում են ուլտրաձայնային մշակման միևնույն պարամետրերի ազդեցությանը, ուլտրաձայնային մշակումը սովորաբար նեղացնում և տեղաշարժում է բաշխման կորը՝ այն լայնացնելու փոխարեն։ Ուլտրաձայնային դիսպերսումը հանգեցնում է մասնիկների չափերի համեմատաբար համաչափ բաշխումների։ Ընդհանուր առմամբ, ուլտրաձայնով մշակված նմուշներում չի դիտվում դեպի աջ ձգվող պոչ՝ կորի բացասական ասիմետրիա, որն առաջանում է դեպի խոշոր մասնիկներ տեղաշարժի հետևանքով («պոչը»՝ աջ կողմում)։
Դիսպերսում վերահսկվող ջերմաստիճաններում․ գործընթացի սառեցում
Ջերմաստիճանի նկատմամբ զգայուն կրող միջավայրերի համար Hielscher-ն առաջարկում է սառեցման պատյանով հոսքային բջջային ռեակտորներ՝ բոլոր լաբորատոր և արդյունաբերական սարքերի համար։ Ռեակտորի ներքին պատերը սառեցնելով՝ կարելի է արդյունավետորեն հեռացնել գործընթացի ընթացքում առաջացող ջերմությունը։
Ստորև բերված պատկերներում ցուցադրված է UV թանաքում UIP1000hdT ուլտրաձայնային զոնդով դիսպերսված տեխնիկական ածխածնի պիգմենտը։
Ուլտրաձայնային դիսպերսումն ապահովում է UV թանաքում տեխնիկական ածխածնի պիգմենտների մասնիկների չափերի արդյունավետ փոքրացում և համաչափ բաշխում։
Թանաքաշիթ տպագրության թանաքների դիսպերսում և դեագլոմերացում ցանկացած մասշտաբով
Hielscher-ն արտադրում է ուլտրաձայնային դիսպերսման սարքավորումներ՝ ցանկացած ծավալով թանաքների մշակման համար։ Լաբորատոր ուլտրաձայնային հոմոգենիզատորներն օգտագործվում են 1,5mL-ից մինչև մոտավորապես 2L ծավալների համար և իդեալական են ինչպես թանաքների բաղադրությունների հետազոտության ու մշակման փուլի, այնպես էլ որակի փորձարկումների համար։ Բացի այդ, լաբորատոր պայմաններում իրագործելիության փորձարկումները թույլ են տալիս ճշգրիտ ընտրել առևտրային արտադրության համար անհրաժեշտ սարքավորման չափը։
Արդյունաբերական ուլտրաձայնային դիսպերսատորներն օգտագործվում են արտադրության մեջ՝ 0,5-ից մինչև մոտավորապես 2000L խմբաքանակների կամ ժամում 0,1L-ից մինչև 20m³ ծավալային հոսքի դեպքում։ Ի տարբերություն դիսպերսման և աղացման այլ տեխնոլոգիաների՝ ուլտրաձայնային մշակման մասշտաբը կարելի է հեշտությամբ մեծացնել, քանի որ գործընթացի բոլոր կարևոր պարամետրերը կարելի է մասշտաբավորել գծային կերպով։
Ստորև բերված աղյուսակը ներկայացնում է ուլտրաձայնային սարքերի ընտրության ընդհանուր առաջարկություններ՝ կախված մշակվող խմբաքանակի ծավալից կամ ծավալային հոսքից։
| Խմբաքանակի ծավալ | Ծավալային հոսք | Առաջարկվող սարքեր |
|---|---|---|
| 10-ից մինչև 2000mL | 20-ից մինչև 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1-ից մինչև 20L | 0,2-ից մինչև 4L/min | UIP2000hdT |
| 10-ից մինչև 100L | 2-ից մինչև 10L/min | UIP4000hdT |
| 15-ից մինչև 150L | 3-ից մինչև 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10-ից մինչև 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | ավելի մեծ | խումբ՝ UIP16000 |
Կապվե՛ք մեզ հետ։ / Հարցրե՛ք մեզ։
Ինչպե՞ս են աշխատում ուլտրաձայնային դիսպերսատորները։ – Ակուստիկ կավիտացիայի աշխատանքի սկզբունքը
Ուլտրաձայնային կավիտացիան գործընթաց է, որի ժամանակ բարձր հաճախականության ձայնային ալիքներն օգտագործվում են հեղուկում գազի փոքր պղպջակներ առաջացնելու համար։ Երբ պղպջակները ենթարկվում են բարձր ճնշման, դրանք կարող են փլուզվել՝ ներս ուղղված պայթյունով, և ակնթարթորեն էներգիա ազատել։ Այդ էներգիան կարող է օգտագործվել հեղուկում մասնիկները դիսպերսելու համար՝ դրանք տրոհելով ավելի փոքր մասնիկների։
Ուլտրաձայնային կավիտացիայի ժամանակ ձայնային ալիքներն առաջանում են ուլտրաձայնային փոխակերպիչի միջոցով, որը սովորաբար տեղադրված է զոնդի կամ եղջյուրաձև ալիքատարի վրա։ Փոխակերպիչը էլեկտրական էներգիան փոխակերպում է մեխանիկական էներգիայի՝ ձայնային ալիքների տեսքով, որոնք այնուհետև զոնդի կամ եղջյուրաձև ալիքատարի միջոցով փոխանցվում են հեղուկին։ Երբ ձայնային ալիքները հասնում են հեղուկին, դրանք առաջացնում են բարձր ճնշման ալիքներ, որոնք կարող են հանգեցնել գազի պղպջակների՝ դեպի ներս փլուզման։
Դիսպերսման գործընթացներում ուլտրաձայնային կավիտացիան ունի մի շարք հնարավոր կիրառություններ, այդ թվում՝ էմուլսիաների արտադրությունը, պիգմենտների և լցանյութերի դիսպերսումը և մասնիկների դեագլոմերացումը։ Ուլտրաձայնային կավիտացիան կարող է մասնիկների դիսպերսման արդյունավետ եղանակ լինել, քանի որ այն կարող է առաջացնել սահքի մեծ ուժեր և ապահովել էներգիայի ներմուծում, իսկ գործընթացի այլ կարևոր պարամետրերը, օրինակ՝ ջերմաստիճանն ու ճնշումը, կարող են ճշգրիտ վերահսկվել՝ հնարավորություն տալով գործընթացը հարմարեցնել տվյալ կիրառության հատուկ պահանջներին։ Գործընթացի այս ճշգրիտ վերահսկումն ուլտրաձայնային մշակման նշանակալի առավելություններից մեկն է, քանի որ բարձրորակ արտադրանքը կարող է արտադրվել հուսալիորեն և վերարտադրելի կերպով, իսկ մասնիկների կամ հեղուկի ցանկացած անցանկալի քայքայում կանխվում է։
Ամուր և հեշտ մաքրվող
Ուլտրաձայնային ռեակտորը բաղկացած է ռեակտորի անոթից և ուլտրաձայնային սոնոտրոդից։ Սոնոտրոդը մաշման ենթակա միակ մասն է, և այն կարելի է հեշտությամբ փոխարինել րոպեների ընթացքում։ Տատանումները մեկուսացնող կցաշուրթերը թույլ են տալիս սոնոտրոդը ցանկացած դիրքով տեղադրել բաց կամ փակ, ճնշման տակ աշխատելու համար նախատեսված տարաների կամ հոսքային բջիջների մեջ։ Առանցքակալներ անհրաժեշտ չեն։ Հոսքային բջիջներով ռեակտորները սովորաբար պատրաստված են չժանգոտվող պողպատից, ունեն պարզ երկրաչափական կառուցվածք և հեշտությամբ կարող են ապամոնտաժվել ու ներսից սրբվել։ Փոքր անցքեր կամ թաքնված անկյուններ չկան։
Տեղում ուլտրաձայնային մաքրում
Դիսպերսման համար օգտագործվող ուլտրաձայնի ինտենսիվությունը շատ ավելի բարձր է, քան սովորական ուլտրաձայնային մաքրման դեպքում։ Ուստի ուլտրաձայնային հզորությունը կարող է օգտագործվել լվացման և ողողման ընթացքում մաքրմանն օժանդակելու համար, քանի որ ուլտրաձայնային կավիտացիան սոնոտրոդից և հոսքային բջջի պատերից հեռացնում է մասնիկներն ու հեղուկի մնացորդները։
Hielscher Ultrasonics-ն արտադրում է բարձր արտադրողականությամբ ուլտրաձայնային հոմոգենիզատորներ՝ լաբորատոր, փորձնական և արդյունաբերական մասշտաբներով խառնման, դիսպերսման, էմուլգացման և էքստրակցիայի համար։
Գրականություն / Հղումներ
- 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-ն արտադրում է բարձր արտադրողականությամբ ուլտրաձայնային հոմոգենիզատորներ՝ լաբորատոր չափերից մինչև արդյունաբերական չափեր։