Ultrasonik untuk Pengurangan Ukuran Partikel Tinta Inkjet (Pigmen)

Kavitasi ultrasonik adalah sarana yang efektif untuk pendispersi dan penggilingan mikro (penggilingan basah) pigmen tinta. Disperser ultrasonik berhasil digunakan dalam penelitian serta dalam pembuatan industri tinta inkjet berbasis UV, air atau pelarut.

Tinta Inkjet Nano-Terdispersi

Ultrasonografi sangat efektif dalam pengurangan ukuran partikel dalam kisaran dari 500μm hingga sekitar 10nm.
Ketika ultrasonikasi digunakan untuk membubarkan nanopartikel dalam tinta inkjet, gamut warna tinta, daya tahan, dan kualitas cetak dapat ditingkatkan secara substansial. Oleh karena itu, ultrasonicators tipe probe banyak digunakan dalam pembuatan tinta inkjet yang mengandung partikel nano, tinta khusus (misalnya, tinta konduktif, tinta cetak 3D, tinta tato) dan cat.
 

Grafik di bawah ini menunjukkan contoh untuk pigmen hitam yang tidak disonikasi vs terdispersi ultrasonik dalam tinta inkjet. Perawatan ultrasonik dilakukan dengan probe ultrasonik UIP1000hdT. Hasil dari perawatan ultrasonik adalah ukuran partikel yang terlihat lebih kecil dan distribusi ukuran partikel yang sangat sempit.

Dispersi ultrasonik menghasilkan pigmen tinta yang jauh lebih kecil dan lebih seragam. (Grafik hijau: Sebelum sonikasi – Grafik merah: setelah sonikasi)

Bagaimana Dispersi Ultrasonik Meningkatkan Kualitas Tinta Inkjet?

Ultrasonicators intensitas tinggi sangat efisien untuk dispersi, pengurangan ukuran dan distribusi nanopartikel yang seragam.
Ini berarti bahwa mengeluarkan nanopartikel dengan ultrasonik dalam tinta inkjet dapat meningkatkan kinerja dan daya tahannya. Nanopartikel adalah partikel yang sangat kecil dengan ukuran dalam kisaran 1 hingga 100 nanometer, dan mereka memiliki sifat unik yang dapat meningkatkan tinta inkjet dalam beberapa cara.

• Pertama, nanopartikel dapat meningkatkan gamut warna tinta inkjet, yang mengacu pada rentang warna yang dapat diproduksi. Ketika nanopartikel tersebar secara seragam dengan ultrasonicator tipe probe, tinta menunjukkan warna yang lebih cerah dan jenuh. Ini karena nanopartikel dapat menyebarkan dan memantulkan cahaya dengan cara yang tidak dapat dilakukan oleh pewarna dan pigmen tradisional, yang mengarah pada reproduksi warna yang lebih baik.
• Kedua, nanopartikel yang tersebar secara homogen dapat meningkatkan ketahanan tinta inkjet terhadap pemudaran, air, dan noda. Ini karena nanopartikel dapat terikat lebih kuat dengan kertas atau substrat lainnya, menciptakan gambar yang lebih tahan lama dan tahan lama. Selain itu, nanopartikel dapat mencegah tinta mengalir ke dalam kertas, yang dapat menyebabkan noda dan mengurangi ketajaman gambar yang dicetak.
• Terakhir, nanopartikel yang tersebar secara ultrasonik juga dapat meningkatkan kualitas cetak dan resolusi tinta inkjet. Disperser ultrasonik sangat efisien dalam hal penggilingan dan pencampuran nanopartikel dalam cairan. Dengan menggunakan partikel yang lebih kecil, tinta dapat menciptakan garis yang lebih halus dan lebih presisi, menghasilkan gambar yang lebih tajam dan jernih. Ini sangat penting dalam aplikasi seperti pencetakan foto berkualitas tinggi dan pencetakan seni rupa.

Kontrol atas Parameter Proses dan Hasil Dispersi

Ukuran partikel dan distribusi ukuran partikel pigmen tinta memengaruhi banyak karakteristik produk, seperti kekuatan pewarnaan atau kualitas pencetakan. Dalam hal pencetakan inkjet, sejumlah kecil partikel yang lebih besar dapat menyebabkan ketidakstabilan dispersi, sedimentasi, atau kegagalan nosel inkjet. Untuk alasan ini, penting bagi kualitas tinta inkjet untuk memiliki kontrol yang baik atas proses pengurangan ukuran yang digunakan dalam produksi.

Pemrosesan Inline Nano-dispersion untuk Tinta Inkjet

Reaktor ultrasonik Hielscher biasanya digunakan secara in-line. Tinta inkjet dipompa ke dalam bejana reaktor. Di sana ia terkena kavitasi ultrasonik pada intensitas yang terkontrol. Waktu pemaparan adalah hasil dari volume reaktor dan laju umpan material. Sonikasi inline menghilangkan by-passing karena semua partikel melewati ruang reaktor mengikuti jalur yang ditentukan. Karena semua partikel terpapar parameter sonikasi identik untuk waktu yang sama selama setiap siklus, ultrasonikasi biasanya mempersempit dan menggeser kurva distribusi daripada melebarkannya. Dispersi ultrasonik menghasilkan distribusi ukuran partikel yang relatif simetris. Umumnya, tailing kanan – kemiringan negatif kurva yang disebabkan oleh pergeseran ke bahan kasar ("ekor" di sebelah kanan) – tidak dapat diamati pada sampel sonikasi.

Dispersi di bawah Suhu Terkontrol: Pendinginan Proses

Untuk formulasi suhu-sensitif, Hielscher menawarkan mantel aliran sel (flow cell) reaktor untuk semua perangkat laboratorium dan industri. Dengan medinginkan dinding internal reaktor, sehingga proses panas dapat disebarkan secara efektif.

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

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

Penyebaran dan Deaglomerasi Tinta Inkjet pada Skala Apa Pun

Hielscher membuat peralatan pendispersi ultrasonik untuk pemrosesan tinta pada volume berapa pun. Homogenizer laboratorium ultrasonik digunakan untuk volume dari 1,5mL hingga kira-kira 2L dan ideal untuk tahap R+D formulasi tinta serta untuk pengujian kualitas. Selanjutnya, uji kelayakan di laboratorium memungkinkan untuk memilih 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 aliran dari 0,1L hingga 20m³ per jam. Berbeda dari teknologi dispersing dan milling lainnya, ultrasonikasi dapat ditingkatkan dengan mudah karena semua parameter proses penting dapat diskalakan secara linier.

Tabel di bawah ini menunjukkan rekomendasi ultrasonicator umum tergantung pada volume batch atau laju aliran yang akan diproses.

 
Bagaimana Cara Kerja Ultrasonic Disperser? – Prinsip Kerja Kavitasi Akustik
Kavitasi ultrasonik adalah proses yang menggunakan gelombang suara frekuensi tinggi untuk menghasilkan gelembung gas kecil dalam cairan. Ketika gelembung mengalami tekanan tinggi, mereka dapat runtuh, atau meledak, melepaskan semburan energi. Energi ini dapat digunakan untuk membubarkan partikel dalam cairan, memecahnya menjadi ukuran yang lebih kecil.
Dalam kavitasi ultrasonik, gelombang suara dihasilkan oleh transduser ultrasonik, yang biasanya dipasang pada probe atau klakson. Transduser mengubah energi listrik menjadi energi mekanik dalam bentuk gelombang suara, yang kemudian ditransmisikan ke dalam cairan melalui probe atau klakson. Ketika gelombang suara mencapai cairan, mereka menciptakan gelombang bertekanan tinggi yang dapat menyebabkan gelembung gas meledak.
Ada beberapa aplikasi potensial untuk kavitasi ultrasonik dalam proses dispersi, termasuk produksi emulsi, dispersi pigmen dan pengisi, dan deaglomerasi partikel. Kavitasi ultrasonik dapat menjadi cara yang efektif untuk membubarkan partikel karena dapat menghasilkan gaya geser dan input energi yang tinggi serta parameter proses penting lainnya seperti suhu dan tekanan dapat dikontrol dengan tepat, sehingga memungkinkan untuk menyesuaikan proses dengan kebutuhan spesifik aplikasi. Kontrol proses yang tepat ini adalah salah satu keuntungan menonjol dari sonikasi karena produk berkualitas tinggi dapat diandalkan dan diproduksi secara reproduktif dan degradasi partikel atau cairan yang tidak diinginkan dihindari.

Kuat dan Mudah untuk Dibersihkan

Reaktor ultrasonik terdiri dari bejana reaktor dan sonotrode ultrasonik. Ini adalah satu-satunya bagian, yang dapat dipakai dan dapat dengan mudah diganti dalam hitungan menit. Flensa osilasi-decoupling memungkinkan untuk memasang sonotrode ke dalam wadah bertekanan terbuka atau tertutup atau sel aliran dalam orientasi apa pun. Tidak diperlukan bantalan. Reaktor sel aliran umumnya terbuat dari baja tahan karat dan memiliki geometri sederhana dan dapat dengan mudah dibongkar dan dihapus. Tidak ada lubang kecil atau sudut tersembunyi.

Ultrasonic dapat Dibersihkan di Tempat

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