インクの超音波サイズ縮小(インクジェットなど)

超音波キャビテーションは、インク顔料の分散およびマイクログラインディング(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だけでなく、工業製造でも使用されています。

ナノ分散インクジェットインク

超音波は、500μmから約10nmまでの範囲の粒子のサイズ縮小に非常に効果的です。
超音波処理を使用してインクジェットインク中のナノ粒子を分散させると、インクの色域、耐久性、および印刷品質を大幅に改善できます。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(導電性インク、3Dプリント可能なインク、タトゥーインクなど)および塗料の製造に広く使用されています。
 

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された黒色顔料と超音波分散された黒色顔料の例を示しています。超音波処理は超音波プローブUIP1000hdTで行いました。超音波処理の結果、目に見えて小さい粒子サイズと非常に狭い粒子サイズ分布が得られます。

超音波分散液は、著しく小さく、より均一なインク顔料をもたらす。(グリーングラフ:超音波処理前 – 赤いグラフ:超音波処理後)

超音波分散液はインクジェットインクの品質をどのように改善しますか?

高強度超音波装置は、ナノ粒子の分散、サイズ縮小および均一分布のために非常に効率的である。
これは、インクジェットインクに超音波をナノ粒子を塗布することで、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ナノメートルから100ナノメートルの範囲の非常に小さな粒子であり、インクジェットインクをいくつかの方法で強化できる独自の特性を持っています。

• まず、ナノ粒子は、インクジェットインクの色域を改善することができます。これは、生成できる色の範囲を指します。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、インクはより鮮やかで飽和した色を示します。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、ナノ粒子が紙や他の基材とより強く結合し、より耐久性があり、より長持ちする画像を作り出すことができるためです。さらに、ナノ粒子は、インクが紙ににじみ込むのを防ぐことができ、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、インクジェットインクの印刷品質および解像度も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。小さな粒子を使用することで、インクはより細く正確な線を作成することができ、よりシャープで鮮明な画像が得られます。これは、高品質の写真印刷や美術品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制御

インク顔料の粒子サイズと粒子サイズ分布は、着色強度や印刷品質など、多くの製品特性に影響を与えます。インクジェット印刷では、大きな粒子を少量多く含むと、分散の不安定性、沈降、インクジェットノズルの故障につながる可能性があります。このため、インクジェットインクの品質は、生産で使用されるサイズ縮小プロセスを適切に制御することが重要です。

インクジェットインク用ナノ分散液のインライン加工

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ています。インクジェットインクは原子炉容器にポンプで送られます。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。露光時間は、反応器の容積と材料の供給速度の結果です。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ーを通過するため、バイパスを排除します。すべての粒子が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ため、超音波処理は通常、分布曲線を広げるのではなく狭くし、シフトします。超音波分散液は、比較的対称的な粒度分布を生じる。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スキュー(右側の「尾」) – 超音波処理されたサンプルでは観察できません。

制御された温度下での分散:プロセス冷却

温度に敏感な車両の場合、ヒールシャーは、すべての実験室および産業デバイス用のジャケット付きフローセルリアクターを提供しています。内部の反応器の壁を冷却することにより、プロセス熱を効果的に放散することができます。

下の画像は、超音波プローブUIP1000hdTでUVインクに分散したカーボンブラック顔料を示しています。

超音波分散液は、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、任意の量のインクを処理するための超音波分散装置を製造しています。超音波ラボホモジナイザーは、1.5mLから約2Lまでの容量に使用され、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することができます。
工業用超音波分散機は、0.5〜約2000Lのバッチ、または毎時0.1L〜20m³の流量の生産に使用されます。他の分散および粉砕技術とは異なり、超音波処理は、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できるため、容易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た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動作原理
超音波キャビテーションは、高周波音波を使用して液体中に小さな気泡を生成するプロセスです。気泡が高圧にさらされると、気泡は崩壊または内破し、エネルギーが爆発的に放出されます。このエネルギーを使用して、液体中の粒子を分散させ、粒子をより小さなサイズに分解できます。
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、通常はプローブまたはホーンに取り付けられます。トランスデューサーは、電気エネルギーを音波の形で機械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されます。音波が液体に到達すると、高圧波が発生し、気泡が破裂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、ならびに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用途がある。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ことができるだけでなく、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できるため、粒子を分散させる効果的な方法であり、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ができます。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よく製造され、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。

堅牢でお手入れが簡単

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。オシレーションデカップリングフランジは、ソノトロードを任意の方向のオープンまたはクローズド加圧可能なコンテナまたはフローセルに取り付けることを可能にします。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、形状が単純で、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。

超音波洗浄機を所定の位置に

分散アプリケーションに使用される超音波強度は、一般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は、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。