Ūdens bāzes pārklājumu sterilizācija un disperģēšana bez biocīdiem

Ūdens bāzes pārklājumi tiek plaši izmantoti, jo tie ļauj veidot sastāvus ar zemu GOS saturu, nodrošina drošāku lietošanu un ilgtspējīgāku ražošanu. Vienlaikus ūdens saturs padara tos ļoti uzņēmīgus pret mikrobiālo piesārņojumu. Baktērijas, raugi un pelējuma sēnes var nonākt produktā ar izejvielām, no tvertnēm, cauruļvadiem, uzpildes sistēmām vai apkārtējās vides iedarbības rezultātā ražošanas un uzglabāšanas laikā. Kad piesārņojums ir radies, mikroorganismi var strauji vairoties un apdraudēt gan produkta kvalitāti, gan glabāšanas laiku.
Tāpēc mikrobioloģiskā stabilitāte ir būtisks ūdens bāzes krāsu, pārklājumu, tinšu un pigmentu dispersiju kvalitātes faktors.

Apstrāde ar ultraskaņu apvieno pigmentu disperģēšanu un mikroorganismu kontroli vienā rūpnieciskā procesā

Tradicionāli ražotāji izmanto konservantus un biocīdus produkta aizsardzībai iepakojumā, lai novērstu bojāšanos. Tomēr arvien stingrākas normatīvās prasības un augošais pieprasījums pēc tīrākiem sastāviem veicina alternatīvu meklēšanu. Augstas intensitātes apstrāde ar ultraskaņu piedāvā ļoti efektīvu risinājumu, ļaujot vienlaikus veikt disperģēšanu un sterilizāciju vienā procesa posmā.
Pārklājumu ražotājiem tas nozīmē, ka apstrāde ar ultraskaņu nav tikai disperģēšanas tehnoloģija. Tā ir arī iedarbīgs procesa rīks mikrobioloģiskās stabilitātes uzlabošanai, vienlaikus atbalstot tādu sastāvu izstrādes stratēģijas, kuros ir maz biocīdu vai to nav vispār.

Kāpēc mikrobioloģiskā stabilitāte ūdens bāzes krāsās ir rūpnieciski būtiska

Mikrobiālais piesārņojums tieši ietekmē produkta kvalitāti un procesa uzticamību: krāsu mikrobioloģiskajai stabilitātei ir liela rūpnieciska nozīme, jo mikroorganismu augšana var izraisīt dažādus produkta defektus un ražošanas problēmas. Ūdens bāzes sastāvi bieži satur organiskas sastāvdaļas, piemēram, saistvielas, disperģējošās vielas, slapinātājus, biezinātājus un putu slāpētājus. Šīs sastāvdaļas var radīt mikroorganismu augšanai labvēlīgu vidi, ja apstrādes vai uzglabāšanas laikā rodas piesārņojums.

Rūpnieciskajā praksē nepietiekama mikroorganismu kontrole var izraisīt:

• viskozitātes novirzes un pH izmaiņas
• gāzes veidošanos un iepakojuma uzpūšanos
• nepatīkamu smaku un krāsas izmaiņas
• samazinātu stabilitāti uzglabāšanas laikā
• plēves defektus un mainīgas īpašības uzklāšanas laikā
• iegremdēšanas vannās – biežāku tīrīšanas nepieciešamību un ar piesārņojumu saistītas dīkstāves

Mikroorganismu izraisīta bojāšanās kaitē ne tikai produktam. Tā var radīt arī atkārtotas higiēnas problēmas tvertnēs, caurulēs un recirkulācijas kontūros, izraisot ražošanas zudumus, pārstrādes nepieciešamību, klientu sūdzības un utilizācijas izmaksas. Tāpēc mikrobioloģiskā stabilitāte nav otršķirīga īpašība. Tā ir pamatprasība komerciāli veiksmīgiem ūdens bāzes pārklājumiem.

Kā apstrāde ar ultraskaņu darbojas ūdens bāzes pārklājumos

Akustiskā kavitācija rada intensīvu bīdes iedarbību un tādējādi sagrauj mikroorganismus: lieljaudas ultraskaņas darbības pamatā ir akustiskā kavitācija. Ultraskaņas viļņiem izplatoties šķidrumā, veidojas, aug un implodē mikroskopiski burbuļi. Šie kavitācijas procesi rada izteikti lokalizētus bīdes spēkus, turbulenci, spiediena izmaiņas un mikrostrūklas.
Ūdens bāzes pārklājumos šī kavitācijas iedarbība ir vērtīga, jo tā vienlaikus ietekmē gan daļiņas, gan mikroorganismus. Pigmentu aglomerāti tiek efektīvi sadalīti smalkākās daļiņās, savukārt mikroorganismu šūnas tiek mehāniski bojātas un inaktivētas. Tas padara apstrādi ar ultraskaņu īpaši pievilcīgu tādiem sastāviem, kuriem būtiska ir gan disperģēšanas kvalitāte, gan mikrobioloģiskā stabilitāte.

Viens procesa posms nodrošina divas būtiskas funkcijas

Apstrāde ar ultraskaņu apvieno pigmentu disperģēšanu un mikroorganismu kontroli vienā darbībā, nevis veic tos kā atsevišķus uzdevumus. Šī divējādā iedarbība sniedz nepārprotamu rūpniecisku priekšrocību.

Tā pati ultraskaņas enerģija, kas deaglomerē pigmentu sakopojumus un vienmērīgi disperģē daļiņas, var arī samazināt dzīvotspējīgo mikroorganismu daudzumu pārklājumā. Tādējādi apstrāde ar ultraskaņu veicina:

• smalkāka un vienmērīgāka pigmentu dispersija
• uzlabota krāsošanas spēja un optisko īpašību vienmērīgums
• samazināts mikrobiālais piesārņojums apstrādes laikā
• uzlabota ūdens bāzes produktu stabilitāte uzglabāšanas laikā
• mazāka atkarība no konservantiem un biocīdiem produkta aizsardzībai iepakojumā

Tādēļ apstrāde ar ultraskaņu ir ļoti nozīmīga ilgtspējīgāku pārklājumu sistēmu ar tīrāku marķējumu izstrādē.
 

Ar ultraskaņu disperģēts silīcija dioksīds: sarkanā līkne – neapstrādāts; zaļā līkne: pēc disperģēšanas ar ultraskaņu

Krāsu pigmentu vienlaicīgas disperģēšanas un sterilizācijas priekšrocības

1. Labāka disperģēšanas kvalitāte uzlabo pārklājuma ekspluatācijas īpašības
   Pigmenti un pildvielas bieži veido aglomerātus, kurus ir grūti sašķelt, ja mehāniskā enerģija ir nepietiekama. Apstrāde ar ultraskaņu nodrošina intensīvu un mērķtiecīgu bīdes iedarbību, tādēļ tā ir ļoti efektīva deaglomerācijai un daļiņu izmēra samazināšanai. Smalkāka dispersija var uzlabot vairākas gala pārklājuma ekspluatācijas īpašības, tostarp krāsas attīstību, segtspēju, spīdumu un ilgtermiņa stabilitāti.
2. Vienlaicīga sterilizācija veicina biocīdu lietojuma samazināšanu
   Vienlaikus ultraskaņas kavitācija var bojāt šķidrajā fāzē esošās mikroorganismu šūnas. Tas samazina piesārņojumu produkta plūsmā un palīdz uzlabot mikrobiālo stabilitāti, nepaļaujoties tikai uz ķīmisku konservēšanu. Ražotājiem, kuri tiecas izstrādāt sistēmas ar zemu biocīdu saturu vai bez biocīdiem, tā ir būtiska procesa priekšrocība.
3. Procesa intensifikācija samazina sarežģītību
   Divu galveno procesa mērķu apvienošana vienā apstrādes posmā ražošanas līnijā vienkāršo ražošanu. Tā vietā, lai pievienotu atsevišķus apstrādes posmus disperģēšanai un mikrobiālajai kontrolei, pārklājumu ražotāji abus var integrēt vienā kontrolētā apstrādes procesā ar ultraskaņu. Tas samazina darbību apjomu ar produktu, veicina tīrāku ražošanu un uzlabo reproducējamību.

Kāpēc apstrāde bez biocīdiem kļūst arvien nozīmīgāka

Normatīvās, vides un tirgus prasības pārveido sastāvu izstrādes stratēģijas
Pāreju uz pārklājumiem ar zemu biocīdu saturu un bez biocīdiem veicina vairāki rūpnieciski faktori. Normatīvais regulējums kļūst stingrāks, pieaug prasības vides jomā, un klienti pieprasa drošākus, ilgtspējīgākus produktus ar mazāku daudzumu vielu, kas rada bažas.
Šajā kontekstā fizikālās procesu tehnoloģijas iegūst stratēģisku nozīmi. Apstrāde ar ultraskaņu ir īpaši pievilcīga, jo tā ne tikai aizstāj vienu piedevu ar citu. Tā ievieš neķīmisku apstrādes principu, kas ar mehāniskās enerģijas palīdzību uzlabo gan dispersiju, gan mikrobiālo stabilitāti.

Sastāvu izstrādātājiem un ražošanas vadītājiem tas sniedz vairākas priekšrocības:

• atbalsts ilgtspējīgākām produktu koncepcijām
• samazināta atkarība no tradicionālajiem konservantiem
• uzlabota procesa higiēna
• spēcīgāka pozīcija nākamās paaudzes ūdens bāzes pārklājumu tirgū

Kāpēc Hielscher ultraskaņas apstrādes iekārtas ir labākais risinājums rūpnieciskai pārklājumu ražošanai

Precīza vadība reproducējamiem apstrādes apstākļiem

Hielscher ultraskaņas apstrādes iekārtas ir paredzētas rūpniecisko procesu vadībai. Pārklājumu ražošanā precīza apstrādes ar ultraskaņu parametru kontrole ir būtiska, jo sastāva uzvedība ir atkarīga no pigmenta veida, cietvielu satura, viskozitātes, temperatūras, plūsmas ātruma un apstrādes intensitātes.

Hielscher sistēmas ļauj precīzi pielāgot svarīgus procesa parametrus, piemēram:

• amplitūdu
• spiedienu
• plūsmas ātrumu / uzturēšanās laiku
• temperatūru
• ievadīto enerģiju

Šī precizitāte ļauj ražotājiem optimizēt pigmentu disperģēšanu, uzlabojot sastāva kvalitāti un panākot reproducējamu mikroorganismu daudzuma samazinājumu.

B. subtilis veģetatīvo šūnu SEM attēli pirms (a) un pēc 30 min ilgas apstarošanas ar ultraskaņu (b), (c).
Pētījums un attēls: © Hashimoto et al., 2020

Plūsmas šūnas ar iespēju paaugstināt spiedienu intensīvākai apstrādei ar ultraskaņu

Paaugstināts spiediens palielina kavitācijas intensitāti
Būtiska Hielscher tehnoloģijas priekšrocība ir tādu plūsmas šūnu reaktoru izmantošana, kuros iespējams paaugstināt spiedienu. Spiediens būtiski ietekmē kavitācijas norisi. Paaugstinātā spiedienā kavitācija kļūst intensīvāka un efektīvāka, kas ir īpaši vērtīgi sarežģītos disperģēšanas procesos un nepārtrauktā mikroorganismu inaktivācijā.

Plūsmas šūnas, kurās iespējams paaugstināt spiedienu, nodrošina:

• intensīvāku apstrādi ar ultraskaņu
• efektīvāku deaglomerāciju
• uzlabotu procesa efektivitāti

Rūpnieciskajām pārklājumu ražotnēm tas nozīmē, ka apstrādi ar ultraskaņu var pielāgot ne tikai procesa īstenojamībai laboratorijas mērogā, bet arī faktiskajai ražošanas caurlaidspējai un prasībām pret produktu.

Apstrāde plūsmā nepārtrauktai ražošanai

Apstrādi ar ultraskaņu var integrēt tieši ražošanas līnijā
Hielscher ultraskaņas apstrādes iekārtas ir ļoti piemērotas apstrādei plūsmā. Tas ļauj ūdens bāzes pārklājumus apstrādāt nepārtraukti, tiem plūstot caur ražošanas sistēmu. Apstrāde ar ultraskaņu plūsmā labi iederas rūpnieciskajā ražošanā, jo tā ļauj izvairīties no nevajadzīgām darbībām ar atsevišķām partijām un to var integrēt pārsūknēšanas kontūros, recirkulācijas sistēmās vai īpaši paredzētās tehnoloģiskajās līnijās.

Apstrāde plūsmā sniedz skaidras ekspluatācijas priekšrocības:

• nepārtraukta apstrāde noteiktos apstākļos
• viegla integrācija esošajās ražotnēs
• mazāk manuālu darbību
• uzlabota procesa efektivitāte un nemainīgums

Pārklājumu ražotājiem tas padara apstrādi ar ultraskaņu par praktisku ražošanas tehnoloģiju.

Izsmidzinot žāvēts TiO2 pirms un pēc malšanas ar ultraskaņu

Lineāra mērogojamība no laboratorijas līdz rūpnieciskajai ražošanai

Procesa parametrus var droši pārnest starp dažādiem mērogiem
Mēroga palielināšana ir būtisks jautājums procesa izstrādē. Hielscher ultraskaņas sistēmas ir izstrādātas lineārai mērogojamībai, kas nozīmē, ka laboratorijas vai pilotmērogā noteiktos procesa apstākļus var sistemātiski pārnest uz rūpniecisko ražošanu.
Tas ir īpaši svarīgi uzņēmumiem, kas izstrādā inovatīvus pārklājumus ar zemu biocīdu saturu, jo tas samazina risku ieviešanas laikā un palīdz paātrināt komercializāciju.

Lineāras mērogojamības priekšrocības ietver:

• vieglāku procesa izstrādi
• drošu pārnesi no pētniecības un izstrādes uz ražošanu
• paredzamu veiktspēju pie lielākas caurlaidspējas
• mazāku nenoteiktību, palielinot mērogu

Viegla tīrīšana un higiēnisks procesa projektējums

Tīrīšanas iespējas ir svarīgas, ja mērķis ir mikrobioloģiskā stabilitāte
Ja mikroorganismu kontrole ir viens no galvenajiem procesa mērķiem, iekārtu higiēna kļūst vēl svarīgāka. Hielscher ultraskaņas apstrādes iekārtas ir paredzētas praktiskai rūpnieciskai tīrīšanai un vienkāršai integrācijai higiēniskā procesa vidē.

Viegla tīrīšana palīdz ražotājiem:

• samazināt piesārņojuma riskus iekārtās
• apturēt mikroorganismu augšanu
• samazināt tīrīšanai un apkopei nepieciešamo darbu
• uzlabot procesa uzticamību atkārtotos ražošanas ciklos

Ūdens bāzes pārklājumu ražošanā, kur piesārņojums var saglabāties tvertnēs, stagnācijas zonās un pārsūknēšanas sistēmās, viegli tīrāmas ultraskaņas iekārtas tieši veicina produkta stabilitāti un darbības noturību.

Ar ultraskaņu apstrādāta krīta krāsa uz grindometra demonstrē pigmentu pilnīgi vienmērīgu deaglomerāciju un daļiņu izmēru sadalījumu

Reproducējami rezultāti rūpnieciskai kvalitātes nodrošināšanai

Pārklājumu ražotājiem nemainīgums ir būtisks
Rūpnieciskai krāsu ražošanai ir nepieciešami ļoti labi reproducējami procesa rezultāti. Optiskajām īpašībām, reoloģijai, glabāšanas laikam un mikrobioloģiskajai stabilitātei jāpaliek nemainīgām gan dažādās partijās, gan ilgstošos ražošanas periodos.

Hielscher ultraskaņas apstrādes iekārtas nodrošina reproducējamus apstrādes ar ultraskaņu apstākļus, kas veicina:

• vienmērīgu pigmentu disperģēšanu
• stabilu daļiņu izmēra samazināšanu
• nemainīgu mikroorganismu apstrādi
• uzticamu produktu kvalitāti dažādos ražošanas ciklos

Šī reproducējamība ir būtiska procesa validācijai, kvalitātes nodrošināšanai un ultraskaņas tehnoloģijas ieviešanai rūpniecībā.

Apstrāde ar ultraskaņu kā stratēģiska tehnoloģija mūsdienīgiem ūdens bāzes pārklājumiem

Pārklājumu nozare virzās uz formulācijām, kas ir ilgtspējīgākas, satur mazāk bīstamu piedevu un nodrošina stabilākas ekspluatācijas īpašības. Apstrāde ar ultraskaņu īpaši labi atbilst šim virzienam, jo tā vienlaikus risina divus būtiskus ražošanas uzdevumus: vajadzību pēc efektīvas pigmentu disperģēšanas un vajadzību pēc mikrobioloģiskās stabilitātes.
Apvienojot šīs funkcijas vienā procesa posmā, apstrāde ar ultraskaņu palīdz ražotājiem vienkāršot ražošanu, uzlabot pārklājumu kvalitāti un samazināt atkarību no tradicionālajām konservēšanas sistēmām. Tas padara apstrādi ar ultraskaņu ļoti pievilcīgu būvniecības krāsu, rūpniecisko pārklājumu, funkcionālo dispersiju, iespiedkrāsu un saistīto ūdens bāzes sistēmu ražošanai.
Hielscher ultraskaņas iekārtas nodrošina rūpniecisko platformu, kas nepieciešama šīs stratēģijas īstenošanai praksē. To precīzā vadība, plūsmas šūnas, kurās iespējams paaugstināt spiedienu, iespēja veikt apstrādi ražošanas plūsmā, lineārā mērogojamība, vieglā tīrīšana un reproducējamie rezultāti padara tās īpaši piemērotas krāsu un pārklājumu ražošanai.

Izmantojiet pārklājumu disperģēšanas un sterilizācijas ar ultraskaņu priekšrocības

Ūdens bāzes pārklājumu sterilizācija bez biocīdiem un disperģēšana, izmantojot apstrādi ar ultraskaņu, ir ļoti daudzsološa pieeja mūsdienīgā krāsu ražošanā. Apstrāde ar ultraskaņu uzlabo pigmentu disperģēšanu, samazina mikroorganismu slodzi un veicina lielāku produkta stabilitāti vienā integrētā procesā. Šī kombinācija ir īpaši vērtīga nozarē, kurā pieaug spiediens samazināt konservantu izmantošanu, vienlaikus saglabājot augstu produktu kvalitāti un procesa efektivitāti.
Ūdens bāzes krāsu un pārklājumu ražotājiem Hielscher ultraskaņas iekārtas piedāvā praktisku un rūpnieciski pārbaudītu risinājumu. To procesa vadāmība, integrācija ražošanas plūsmā, plūsmas šūnu konstrukcija, kas intensificē apstrādi, mērogojamība, higiēniskas tīrīšanas iespējas un reproducējamā veiktspēja padara tās par izcilu izvēli vienlaicīgai krāsu pigmentu disperģēšanai un sterilizācijai.

Tālāk redzamā tabula sniedz priekšstatu par mūsu ultraskaņas iekārtu aptuveno apstrādes ražīgumu:

Projektēšana, ražošana un konsultācijas – Vācijā radīta kvalitāte

Hielscher ultraskaņas iekārtas ir plaši pazīstamas ar saviem visaugstākajiem kvalitātes un konstrukcijas standartiem. Izturība un vienkārša lietošana ļauj mūsu ultraskaņas iekārtas bez grūtībām integrēt rūpnieciskajās ražotnēs. Hielscher ultraskaņas iekārtas viegli tiek galā ar skarbiem apstākļiem un prasīgu darba vidi.

Hielscher Ultrasonics ir ISO sertificēts uzņēmums, kas īpašu uzmanību pievērš augstas veiktspējas ultraskaņas iekārtām ar vismodernākajām tehnoloģijām un lietotājam ērtu darbību. Protams, Hielscher ultraskaņas iekārtas atbilst CE prasībām un izpilda UL, CSA un RoHs prasības.

Literatūra / Atsauces

• Spiteri, D., Chot-Plassot, C., Sclear, J., Karatzas, K. A., Scerri, C., Valdramidis, V. (2017): Ultrasound processing of liquid system(s) and its antimicrobial mechanism of action. Letters in
  Applied Microbiology, 65 (4), 2017.. 313-318.
• N.P. Badgujar Y.E. Bhoge T.D. Deshpande B.A. Bhanvase P.R. Gogate S.H. Sonawane R.D. Kulkarni (2015): Ultrasound assisted organic pigment dispersion: advantages of ultrasound method over conventional method. Pigment & Resin Technology, Vol. 44, Iss. 4. 214 – 223.
• Karekar, Sammit; Bhanvase, Bharat; Sonawane, Shirish; Deosarkar, Manik; Pinjari, Dipak; Pandit, Aniruddha (2014): Synthesis of zinc molybdate and zinc phosphomolybdate nanopigments by an ultrasound assisted route: Advantage over conventional method. Chemical Engineering and Processing: Process Intensification 87, 2014.
• Aydin, Z., Turgut, S. & Akbas, H.Z. (2018): Structural Differences of BaTiO3 Ceramics Modified by Ultrasonic and Mechanochemical Methods. Powder Metallurgy and Metal Ceramics, Vol. 57, No. 7-8, November, 2018.