Pengecilan Ukuran Partikel Tinta secara Ultrasonik (misalnya untuk Inkjet)

Kavitasi ultrasonik merupakan cara yang efektif untuk pendispersian dan penggilingan mikro (penggilingan basah) pigmen tinta. Disperser ultrasonik berhasil digunakan dalam penelitian maupun produksi industri tinta inkjet berbasis UV, air, atau pelarut.

Tinta Inkjet dengan Dispersi Nano

Ultrasonik sangat efektif untuk mengecilkan ukuran partikel dalam rentang dari 500µm hingga sekitar 10nm.
Ketika sonikasi digunakan untuk mendispersikan nanopartikel dalam tinta inkjet, gamut warna tinta, daya tahan, dan kualitas cetak dapat ditingkatkan secara signifikan. Oleh karena itu, sonikator tipe probe banyak digunakan dalam produksi tinta inkjet yang mengandung nanopartikel, tinta khusus (misalnya tinta konduktif, tinta untuk pencetakan 3D, tinta tato), dan cat.
 

Grafik di bawah ini menunjukkan contoh perbandingan pigmen hitam dalam tinta inkjet yang tidak disonikasi dengan yang didispersikan secara ultrasonik. Perlakuan ultrasonik dilakukan dengan probe ultrasonik UIP1000hdT. Hasil perlakuan ultrasonik berupa ukuran partikel yang terlihat lebih kecil dan distribusi ukuran partikel yang sangat sempit.

Dispersi ultrasonik menghasilkan pigmen tinta yang secara signifikan lebih kecil dan lebih seragam. (grafik hijau: sebelum sonikasi – grafik merah: setelah sonikasi)

Bagaimana Dispersi Ultrasonik Meningkatkan Kualitas Tinta Inkjet?

Sonikator berintensitas tinggi sangat efisien untuk pendispersian, pengecilan ukuran, dan distribusi nanopartikel secara seragam.
Artinya, pendispersian nanopartikel secara ultrasonik dalam tinta inkjet dapat meningkatkan kinerja dan daya tahannya. Nanopartikel adalah partikel yang sangat kecil dengan ukuran dalam rentang 1 hingga 100 nanometer, dan memiliki sifat unik yang dapat meningkatkan mutu tinta inkjet melalui beberapa cara.

• Pertama, nanopartikel dapat meningkatkan gamut warna tinta inkjet, yaitu rentang warna yang dapat dihasilkan. Ketika nanopartikel didispersikan secara seragam dengan sonikator tipe probe, tinta pun menghasilkan warna yang lebih hidup dan lebih jenuh. Hal ini karena nanopartikel dapat menghamburkan dan memantulkan cahaya dengan cara yang tidak dapat dilakukan oleh zat warna dan pigmen konvensional, sehingga meningkatkan reproduksi warna.
• Kedua, nanopartikel yang terdispersi secara homogen dapat meningkatkan ketahanan tinta inkjet terhadap pemudaran, air, dan noda akibat tinta yang tercoreng. Hal ini karena nanopartikel dapat berikatan lebih kuat dengan kertas atau substrat lainnya, sehingga menghasilkan gambar yang lebih tahan terhadap kerusakan dan lebih awet. Selain itu, nanopartikel dapat mencegah tinta merembes ke dalam kertas, yang dapat menyebabkan noda dan mengurangi ketajaman gambar cetak.
• Terakhir, nanopartikel yang didispersikan secara ultrasonik juga dapat meningkatkan kualitas cetak dan resolusi tinta inkjet. Disperser ultrasonik sangat efisien dalam menggiling dan mencampurkan nanopartikel dalam cairan. Dengan menggunakan partikel yang lebih kecil, tinta dapat menghasilkan garis yang lebih halus dan lebih presisi, sehingga menghasilkan gambar yang lebih tajam dan lebih jelas. Hal ini sangat penting khususnya dalam aplikasi seperti pencetakan foto berkualitas tinggi dan pencetakan karya seni rupa.

Kendali atas Parameter Proses dan Hasil Dispersi

Ukuran partikel dan distribusi ukuran partikel pigmen tinta memengaruhi banyak karakteristik produk, seperti kekuatan pewarnaan atau kualitas cetak. Dalam pencetakan inkjet, sejumlah kecil partikel berukuran lebih besar dapat menyebabkan ketidakstabilan dispersi, sedimentasi, atau kegagalan nosel inkjet. Oleh karena itu, kendali yang baik atas proses pengecilan ukuran yang digunakan dalam produksi sangat penting bagi kualitas tinta inkjet.

Pemrosesan Nanodispersi secara Inline untuk Tinta Inkjet

Reaktor ultrasonik Hielscher umumnya digunakan secara inline. Tinta inkjet dipompa ke dalam bejana reaktor. Di sana, tinta dikenai kavitasi ultrasonik pada intensitas yang terkendali. Waktu paparan ditentukan oleh volume reaktor dan laju pengumpanan bahan. Sonikasi inline menghilangkan aliran pintas karena semua partikel melewati ruang reaktor mengikuti jalur yang telah ditentukan. Karena semua partikel dikenai parameter sonikasi yang identik selama waktu yang sama dalam setiap siklus, sonikasi biasanya mempersempit dan menggeser kurva distribusi, bukan memperlebarnya. Dispersi ultrasonik menghasilkan distribusi ukuran partikel yang relatif simetris. Secara umum, ekor ke kanan – kemencengan negatif kurva yang disebabkan oleh pergeseran ke bahan berukuran kasar (“ekor” di sebelah kanan) – tidak dapat diamati pada sampel yang disonikasi.

Dispersi pada Suhu Terkendali: Pendinginan Proses

Untuk medium pembawa yang sensitif terhadap suhu, Hielscher menawarkan reaktor sel alir berjaket untuk semua perangkat laboratorium dan industri. Dengan mendinginkan dinding bagian dalam reaktor, panas proses dapat dibuang secara efektif.

Gambar di bawah ini menunjukkan pigmen karbon hitam yang didispersikan dengan probe ultrasonik UIP1000hdT dalam tinta UV.

Dispersi ultrasonik memastikan pengecilan ukuran partikel yang efektif dan distribusi pigmen karbon hitam yang seragam dalam tinta UV.

Pendispersian dan Deaglomerasi Tinta Inkjet pada Segala Skala

Hielscher memproduksi peralatan pendispersi ultrasonik untuk pemrosesan tinta dalam volume berapa pun. Homogenizer ultrasonik laboratorium digunakan untuk volume dari 1,5mL hingga sekitar 2L dan ideal untuk tahap penelitian dan pengembangan formulasi tinta maupun pengujian kualitas. Selain itu, uji kelayakan di laboratorium memungkinkan pemilihan ukuran peralatan yang diperlukan untuk produksi komersial secara akurat.
Disperser ultrasonik industri digunakan dalam produksi untuk batch dari 0,5 hingga sekitar 2000L atau laju alir dari 0,1L hingga 20m³ per jam. Berbeda dari teknologi pendispersian dan penggilingan lainnya, sonikasi dapat ditingkatkan skalanya dengan mudah karena semua parameter proses yang penting dapat diskalakan secara linear.

Tabel di bawah ini menunjukkan rekomendasi umum sonikator berdasarkan volume batch atau laju alir yang akan diproses.

 
Bagaimana Cara Kerja Disperser Ultrasonik? – Prinsip Kerja Kavitasi Akustik
Kavitasi ultrasonik adalah proses yang menggunakan gelombang suara berfrekuensi tinggi untuk menghasilkan gelembung gas kecil dalam cairan. Ketika gelembung dikenai tekanan tinggi, gelembung dapat runtuh, atau mengalami implosi, dan melepaskan semburan energi. Energi ini dapat digunakan untuk mendispersikan partikel dalam cairan dengan memecahnya menjadi ukuran yang lebih kecil.
Dalam kavitasi ultrasonik, gelombang suara dihasilkan oleh transduser ultrasonik, yang biasanya dipasang pada probe atau horn. Transduser mengubah energi listrik menjadi energi mekanis dalam bentuk gelombang suara, yang kemudian diteruskan ke dalam cairan melalui probe atau horn. Ketika gelombang suara mencapai cairan, gelombang tersebut menghasilkan gelombang bertekanan tinggi yang dapat menyebabkan gelembung gas mengalami implosi.
Ada beberapa potensi aplikasi kavitasi ultrasonik dalam proses dispersi, termasuk produksi emulsi, pendispersian pigmen dan bahan pengisi, serta deaglomerasi partikel. Kavitasi ultrasonik dapat menjadi cara yang efektif untuk mendispersikan partikel karena dapat menghasilkan gaya geser dan masukan energi yang tinggi, sementara parameter proses penting lainnya seperti suhu dan tekanan dapat dikendalikan secara presisi, sehingga proses dapat disesuaikan dengan kebutuhan spesifik aplikasi. Kendali proses yang presisi ini merupakan salah satu keunggulan utama sonikasi karena produk berkualitas tinggi dapat diproduksi secara andal dan dengan hasil yang dapat direproduksi, serta degradasi partikel atau cairan yang tidak diinginkan dapat dihindari.

Kokoh dan Mudah Dibersihkan

Reaktor ultrasonik terdiri atas bejana reaktor dan sonotrode ultrasonik. Sonotrode merupakan satu-satunya bagian yang mengalami keausan dan dapat dengan mudah diganti dalam hitungan menit. Flensa pemisah osilasi memungkinkan pemasangan sonotrode dalam orientasi apa pun ke dalam wadah terbuka atau tertutup yang dapat diberi tekanan, atau ke dalam sel alir. Tidak diperlukan bantalan. Reaktor sel alir umumnya terbuat dari baja tahan karat, memiliki geometri sederhana, serta dapat dengan mudah dibongkar dan dibersihkan dengan lap. Tidak ada lubang kecil atau sudut tersembunyi.

Pembersih Ultrasonik di Tempat

Intensitas ultrasonik yang digunakan untuk aplikasi pendispersian jauh lebih tinggi daripada untuk pembersihan ultrasonik biasa. Oleh karena itu, daya ultrasonik dapat digunakan untuk membantu pembersihan selama penggelontoran dan pembilasan, karena kavitasi ultrasonik menghilangkan partikel dan residu cairan dari sonotrode serta dinding sel alir.