Kavitasi ultrasonik adalah cara yang efektif untuk penyebaran dan microgrinding (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 ultrasonication digunakan untuk membubarkan nanopartikel dalam tinta inkjet, gamut warna tinta, daya tahan, dan kualitas cetak dapat ditingkatkan secara substansial. Oleh karena itu, ultrasonikator tipe probe banyak digunakan dalam pembuatan tinta inkjet yang mengandung nanopartikel, tinta khusus (misalnya, tinta konduktif, tinta cetak 3D, tinta tato) dan cat.
 

Grafik di bawah ini menunjukkan contoh untuk pigmen hitam non-sonikasi vs ultrasonically tersebar dalam tinta inkjet. Perawatan ultrasonik dilakukan dengan probe ultrasonik UIP1000hdT. Hasil dari perawatan ultrasonik adalah ukuran partikel yang tampak 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?

Ultrasonikator intensitas tinggi sangat efisien untuk dispersi, pengurangan ukuran dan distribusi nanopartikel yang seragam.
Ini berarti bahwa ispersing 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 ultrasonikator tipe probe, tinta menunjukkan warna yang lebih jelas 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 terdispersi secara homogen dapat meningkatkan ketahanan tinta inkjet terhadap fading, air, dan noda. Ini karena nanopartikel dapat berikatan lebih kuat dengan kertas atau substrat lainnya, menciptakan gambar yang lebih tahan lama dan tahan lama. Selain itu, nanopartikel dapat mencegah tinta berdarah 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 membuat garis yang lebih halus dan lebih tepat, menghasilkan gambar yang lebih tajam dan lebih jelas. Hal ini khususnya penting dalam aplikasi, seperti pencetakan foto berkualitas tinggi dan pencetakan seni lukis murni.

Kontrol atas parameter proses dan hasil dispersi

Ukuran partikel dan distribusi ukuran partikel pigmen tinta mempengaruhi banyak karakteristik produk, seperti kekuatan pewarnaan atau kualitas cetak. Ketika datang ke 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 terhadap proses pengurangan ukuran yang digunakan dalam produksi.

Pemrosesan Inline Dispersi Nano untuk Tinta Inkjet

Reaktor ultrasonik Hielscher umumnya digunakan in-line. Tinta inkjet dipompa ke bejana reaktor. Di sana terkena kavitasi ultrasonik pada intensitas yang terkendali. 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 terkena parameter sonikasi identik untuk waktu yang sama selama setiap siklus, ultrasonikasi biasanya menyempit dan menggeser kurva distribusi daripada memperlebarnya. 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: Proses Pendinginan

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 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.

Dispersing dan deagglomeration tinta inkjet pada skala apa pun

Hielscher membuat peralatan pendispersi ultrasonik untuk pemrosesan tinta pada volume berapa pun. Homogenizers laboratorium ultrasonik digunakan untuk volume dari 1.5mL hingga sekitar 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, ultrasonication dapat ditingkatkan dengan mudah karena semua parameter proses penting dapat diskalakan secara linear.

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

 
Bagaimana cara kerja disperser ultrasonik? – 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 ledakan 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 tanduk. Ketika gelombang suara mencapai cairan, mereka menciptakan gelombang tekanan 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 deagglomeration partikel. Kavitasi ultrasonik dapat menjadi cara yang efektif untuk membubarkan partikel karena dapat menghasilkan gaya geser tinggi dan input energi 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 reproduksi dan setiap 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 beberapa menit. Flensa decoupling osilasi 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 stainless steel 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 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.