超音波キャビテーションは、インク顔料の分散および微粉砕(湿式粉砕)のための効果的な手段です。超音波分散機は、UV、水または溶剤ベースのインクジェットインクの研究ならびに工業製造において首尾よく使用されている。

ナノ分散インクジェットインク

超音波は、500μmから約10nmの範囲の粒子のサイズ縮小に非常に効果的です。
超音波がインクジェットインク中にナノ粒子を分散させるために使用される場合、インクの色域、耐久性、および印刷品質を大幅に向上させることができます。したがって、プローブ型超音波処理器は、ナノ粒子含有インクジェットインク、特殊インク(例えば、導電性インク、3D印刷可能なインク、タトゥーインク)および塗料の製造に広く使用されている。
 

以下のグラフは、インクジェットインク中の非超音波処理対超音波分散黒色顔料の例を示しています。超音波処理は超音波探触子UIP1000hdTを用いて行った。超音波処理の結果は、目に見えて小さい粒子サイズと非常に狭い粒度分布です。

超音波分散は、著しく小さく、より均一なインク顔料をもたらす。(緑色のグラフ:超音波処理前 – 赤いグラフ:超音波処理後)

超音波分散はどのようにインクジェットインクの品質を向上させますか?

高強度超音波処理器は、ナノ粒子の分散、サイズ縮小および均一な分布のために非常に効率的です。
これは、インクジェットインクに超音波でナノ粒子を浸透させることで、その性能と耐久性を向上させることができることを意味します。ナノ粒子は、1〜100ナノメートルの範囲のサイズを有する非常に小さな粒子であり、いくつかの方法でインクジェットインクを増強することができる独特の特性を有する。

• 第一に、ナノ粒子は、生成できる色の範囲を指すインクジェットインクの色域を改善することができる。ナノ粒子がプローブ型超音波装置で均一に分散されると、インクは結果的により鮮やかで飽和した色を示す。これは、ナノ粒子が従来の染料や顔料では不可能な方法で光を散乱および反射できるため、色再現が向上するためです。
• 第二に、均一に分散したナノ粒子は、インクジェットインクの退色、水、および汚れに対する耐性を高めることができます。これは、ナノ粒子が紙または他の基材とより強く結合し、より耐久性があり長持ちする画像を作成することができるためです。さらに、ナノ粒子はインクが紙ににじむのを防ぎ、汚れを引き起こし、印刷画像の鮮明さを低下させる可能性があります。
• 最後に、超音波分散ナノ粒子はまた、インクジェットインクの印刷品質および解像度を向上させることができる。超音波分散機は、液体中のナノ粒子の粉砕とブレンドに関しては非常に効率的です。より小さな粒子を使用することで、インクはより細かく正確な線を作成でき、より鮮明で鮮明な画像が得られます。これは、高品質の写真印刷やファインアート印刷などのアプリケーションで特に重要です。

プロセスパラメータと分散結果の管理

インク顔料の粒子サイズおよび粒度分布は、着色力または印刷品質などの多くの製品特性に影響を及ぼす。インクジェット印刷の場合、少量の大きな粒子は、分散の不安定性、沈降またはインクジェットノズルの破損を招くことがある。この理由から、インクジェットインクの品質は、製造に使用されるサイズ縮小プロセスよりも良好な制御を有することが重要である。

インクジェットインク用ナノ分散液のインライン処理

ヒールシャー超音波反応器は、一般的にインラインで使用されます。インクジェットインクは、反応容器にポンプで送られる。そこでは、制御された強度で超音波キャビテーションにさらされます。暴露時間は、反応器容積と材料供給速度の結果である。インライン超音波処理は、すべての粒子が定義された経路に従って反応器チャンバを通過するため、バイパスを排除します。すべての粒子は、各サイクル中に同じ時間に同一の超音波処理パラメータにさらされるので、超音波処理は、通常、分布曲線を広げるのではなく、狭くシフトします。超音波分散は、比較的対称的な粒度分布を生成します。一般的に、右テーリング – 粗い材料へのシフトによって引き起こされる曲線の負の傾斜(右側の「テール」) – 超音波処理したサンプルで観察することができません。

制御された温度での分散:プロセス冷却

温度感受性車両用、ヒールシャーすべての実験室および産業機器用のジャケット付きフローセル反応器を提供します。内部反応器壁を冷却することによって、プロセス熱を効果的に放熱することができます。

下の画像は、UVインク中に超音波プローブUIP1000hdTで分散されたカーボンブラック顔料を示しています。

超音波分散は、UVインク中のカーボンブラック顔料の効果的な粒子サイズの縮小と均一な分布を保証します。

あらゆるスケールでのインクジェットインクの分散と解凝集

ヒールシャーは、任意のボリュームでインクの処理のための超音波分散装置を作ります。超音波ラボホモジナイザーは、1.5mLから約2Lの容量に使用され、インク配合のR + D段階や品質試験に最適です。さらに、実験室での実現可能性テストにより、商業生産に必要な機器サイズを正確に選択できます。
工業用超音波分散機は、0.5〜約2000Lのバッチまたは1時間あたり0.1L〜20m³の流量の製造に使用されます。他の分散および粉砕技術とは異なり、超音波は、すべての重要なプロセスパラメータを直線的にスケーリングすることができるため、簡単にスケールアップすることができます。

以下の表は、処理するバッチ量または流量に応じて、一般的な超音波装置の推奨事項を示しています。

 
超音波分散機はどのように機能しますか? – 音響キャビテーションの働き原理
超音波キャビテーションは、液体中に小さな気泡を生成するために高周波音波を使用するプロセスです。気泡が高圧にさらされると、気泡は崩壊または爆発し、エネルギーのバーストを放出する可能性があります。このエネルギーは、粒子を液体中に分散させ、それらをより小さなサイズに分解するために使用できます。
超音波キャビテーションでは、音波は超音波トランスデューサによって生成され、超音波トランスデューサは通常、プローブまたはホーンに取り付けられます。トランスデューサは、電気エネルギーを音波の形で機械的エネルギーに変換し、プローブまたはホーンを介して液体に伝達します。音波が液体に到達すると、高圧波が発生し、気泡が爆発する可能性があります。
エマルジョンの製造、顔料および充填剤の分散、および粒子の解凝集を含む、分散プロセスにおける超音波キャビテーションのためのいくつかの潜在的なアプリケーションがあります。超音波キャビテーションは、高いせん断力とエネルギー入力を生成するだけでなく、温度や圧力などの他の重要なプロセスパラメータを正確に制御することができ、アプリケーションの特定のニーズに合わせてプロセスを調整することを可能にするため、粒子を分散させる効果的な方法です。この正確なプロセス制御は、高品質の製品が信頼性が高く、再現性を持って製造され、粒子や液体の望ましくない劣化が回避されるため、超音波処理の顕著な利点の1つです。

堅牢で掃除のしやすいです

超音波反応器は、反応器容器と超音波ソノトロードからなる。これは摩耗しやすい唯一の部品であり、数分以内に簡単に交換できます。振動デカップリングフランジは、任意の方向で開いたまたは閉じた加圧可能な容器またはフローセルにソノトロードを取り付けることができます。ベアリングは必要ありません。フローセルリアクターは一般的にステンレス鋼でできており、形状がシンプルで、簡単に分解して拭き取ることができます。小さなオリフィスや隠れた角はありません。

所定の位置に超音波クリーナー

分散アプリケーションに使用される超音波強度は、典型的な超音波洗浄よりもはるかに高いです。したがって、超音波キャビテーションがソノトロードおよびフローセル壁から粒子および液体残留物を除去するので、超音波パワーは、フラッシングおよびすすぎ中の洗浄を支援するために使用することができる。