Tintes daļiņu izmēra samazināšana ar ultraskaņu (piem., tintes strūklas drukai)

Ultraskaņas kavitācija ir efektīvs līdzeklis tintes pigmentu disperģēšanai un mikrosmalcināšanai (slapjajai malšanai). Ultraskaņas disperģētājus veiksmīgi izmanto gan pētniecībā, gan UV tinšu, ūdens bāzes tinšu vai šķīdinātāju bāzes tinšu rūpnieciskajā ražošanā tintes strūklas drukai.

Nanodisperģētas tintes tintes strūklas drukai

Ultraskaņa ir ļoti efektīva daļiņu izmēra samazināšanai diapazonā no 500µm līdz aptuveni 10nm.
Izmantojot apstrādi ar ultraskaņu nanodaļiņu disperģēšanai tintes strūklas drukas tintē, var būtiski uzlabot tintes krāsu gammu, noturību un drukas kvalitāti. Tādēļ zondes tipa ultraskaņas ierīces plaši izmanto nanodaļiņas saturošu tintes strūklas drukas tinšu, speciālo tinšu (piem., elektrību vadošu tinšu, 3D drukai piemērotu tinšu, tetovēšanas tinšu) un krāsu ražošanā.
 

Tālāk redzamajos grafikos sniegts piemērs ar ultraskaņu neapstrādātu un ar ultraskaņu disperģētu melno pigmentu salīdzinājumam tintes strūklas drukas tintē. Apstrāde ar ultraskaņu tika veikta, izmantojot ultraskaņas zondi UIP1000hdT. Apstrādes ar ultraskaņu rezultāts ir acīmredzami mazāks daļiņu izmērs un ļoti šaurs daļiņu izmēru sadalījums.

Disperģējot ar ultraskaņu, iegūst ievērojami mazākas un pēc izmēra vienmērīgākas tintes pigmentu daļiņas. (zaļais grafiks: pirms apstrādes ar ultraskaņu – sarkanais grafiks: pēc apstrādes ar ultraskaņu)

Kā disperģēšana ar ultraskaņu uzlabo tintes strūklas drukas tintes kvalitāti?

Augstas intensitātes ultraskaņas ierīces ir ļoti efektīvas nanodaļiņu disperģēšanai, to izmēra samazināšanai un vienmērīgai izkliedēšanai.
Tas nozīmē, ka nanodaļiņu disperģēšana tintes strūklas drukas tintē ar ultraskaņu var uzlabot tās veiktspēju un noturību. Nanodaļiņas ir ļoti mazas daļiņas, kuru izmērs ir diapazonā no 1 līdz 100 nanometriem, un tām piemīt unikālas īpašības, kas var vairākos veidos uzlabot tintes strūklas drukas tinti.

• Pirmkārt, nanodaļiņas var uzlabot tintes strūklas drukas tintes krāsu gammu, proti, atveidojamo krāsu diapazonu. Ja nanodaļiņas tiek vienmērīgi disperģētas ar zondes tipa ultraskaņas ierīci, tinte tādējādi nodrošina spilgtākas un piesātinātākas krāsas. Tas ir tāpēc, ka nanodaļiņas var izkliedēt un atstarot gaismu veidos, kādos tradicionālās krāsvielas un pigmenti to nespēj, tādējādi uzlabojot krāsu atveidi.
• Otrkārt, viendabīgi disperģētas nanodaļiņas var palielināt tintes strūklas drukas tintes noturību pret izbalēšanu, ūdeni un izsmērēšanos. Tas ir tāpēc, ka nanodaļiņas var ciešāk saistīties ar papīru vai citu pamatni, veidojot izturīgāku un ilgāk saglabājamu attēlu. Turklāt nanodaļiņas var novērst tintes izplūšanu papīrā, kas var izraisīt izsmērēšanos un samazināt drukātā attēla asumu.
• Visbeidzot, ar ultraskaņu disperģētas nanodaļiņas var arī uzlabot tintes strūklas drukas tintes nodrošināto drukas kvalitāti un izšķirtspēju. Ultraskaņas disperģētāji ir ārkārtīgi efektīvi nanodaļiņu malšanai un sajaukšanai šķidrumos. Izmantojot mazākas daļiņas, ar tinti var veidot smalkākas un precīzākas līnijas, iegūstot asākus un skaidrākus attēlus. Tas ir īpaši svarīgi tādos lietojumos kā augstas kvalitātes fotogrāfiju un mākslas darbu druka.

Procesa parametru un disperģēšanas rezultātu kontrole

Tintes pigmentu daļiņu izmērs un daļiņu izmēru sadalījums ietekmē daudzas produkta īpašības, piemēram, krāsošanas spēju vai drukas kvalitāti. Tintes strūklas drukā neliels daudzums lielāku daļiņu var izraisīt dispersijas nestabilitāti, sedimentāciju vai tintes strūklas sprauslas darbības traucējumus. Tādēļ tintes strūklas drukas tintes kvalitātei ir svarīgi labi kontrolēt ražošanā izmantoto daļiņu izmēra samazināšanas procesu.

Tintes strūklas drukas tinšu nanodispersiju apstrāde plūsmā

Hielscher ultraskaņas reaktorus parasti izmanto plūsmas režīmā. Tintes strūklprinteru tinti iesūknē reaktora tvertnē. Tur tā tiek pakļauta ultraskaņas kavitācijai ar kontrolētu intensitāti. Iedarbības laiku nosaka reaktora tilpums un materiāla padeves ātrums. Apstrāde ar ultraskaņu plūsmas režīmā novērš reaktora apiešanu, jo visas daļiņas iziet cauri reaktora kamerai pa noteiktu ceļu. Tā kā katrā ciklā visas daļiņas vienādu laiku tiek pakļautas vienādiem apstrādes ar ultraskaņu parametriem, apstrāde ar ultraskaņu parasti sašaurina un nobīda sadalījuma līkni, nevis paplašina to. Disperģēšana ar ultraskaņu nodrošina relatīvi simetrisku daļiņu izmēru sadalījumu. Parasti ar ultraskaņu apstrādātos paraugos nevar novērot pagarinājumu pa labi – līknes negatīvu asimetriju, ko izraisa nobīde rupjāku materiālu virzienā („aste” labajā pusē).

Disperģēšana kontrolētā temperatūrā: procesa dzesēšana

Temperatūrjutīgām nesējvidēm Hielscher piedāvā plūsmas šūnu reaktorus ar dzesēšanas apvalku visām laboratorijas un rūpnieciskajām ierīcēm. Dzesējot reaktora iekšējās sienas, var efektīvi novadīt procesa siltumu.

Tālāk redzamajos attēlos parādīts oglekļa kvēpu pigments, kas ar ultraskaņas zondi UIP1000hdT disperģēts UV tintē.

Disperģēšana ar ultraskaņu nodrošina efektīvu oglekļa kvēpu pigmentu daļiņu izmēru samazināšanu un vienmērīgu sadalījumu UV tintē.

Tintes strūklprinteru tinšu disperģēšana un deaglomerācija jebkurā mērogā

Hielscher ražo ultraskaņas disperģēšanas iekārtas jebkāda tilpuma tintes apstrādei. Laboratorijas ultraskaņas homogenizatorus izmanto tilpumiem no 1,5mL līdz aptuveni 2L, un tie ir ideāli piemēroti gan tintes sastāvu pētniecības un izstrādes posmam, gan kvalitātes pārbaudēm. Turklāt tehniskās iespējamības pārbaudes laboratorijā ļauj precīzi izvēlēties komerciālajai ražošanai nepieciešamo iekārtu izmēru.
Rūpnieciskos ultraskaņas disperģētājus ražošanā izmanto partijām no 0,5 līdz aptuveni 2000L vai plūsmas ātrumiem no 0,1L līdz 20m³ stundā. Atšķirībā no citām disperģēšanas un malšanas tehnoloģijām apstrādi ar ultraskaņu var viegli mērogot, jo visus svarīgos procesa parametrus var mērogot lineāri.

Tālāk esošajā tabulā sniegti vispārīgi ieteikumi ultraskaņas ierīču izvēlei atkarībā no apstrādājamās partijas tilpuma vai plūsmas ātruma.

 
Kā darbojas ultraskaņas disperģētāji? – Akustiskās kavitācijas darbības princips
Ultraskaņas kavitācija ir process, kurā izmanto augstfrekvences skaņas viļņus, lai šķidrumā radītu mazus gāzes burbuļus. Kad burbuļi tiek pakļauti augstam spiedienam, tie var sabrukt jeb implodēt, strauji atbrīvojot enerģiju. Šo enerģiju var izmantot daļiņu disperģēšanai šķidrumā, sasmalcinot tās līdz mazākam izmēram.
Ultraskaņas kavitācijas procesā skaņas viļņus rada ultraskaņas pārveidotājs, kas parasti ir uzstādīts uz zondes vai ultraskaņas koncentratora. Pārveidotājs pārvērš elektrisko enerģiju mehāniskajā enerģijā skaņas viļņu veidā, kuri pēc tam caur zondi vai ultraskaņas koncentratoru tiek pārvadīti šķidrumā. Kad skaņas viļņi sasniedz šķidrumu, tie rada augsta spiediena viļņus, kas var izraisīt gāzes burbuļu imploziju.
Ultraskaņas kavitācijai ir vairāki iespējami pielietojumi disperģēšanas procesos, tostarp emulsiju ražošana, pigmentu un pildvielu disperģēšana un daļiņu deaglomerācija. Ultraskaņas kavitācija var būt efektīvs daļiņu disperģēšanas veids, jo tā var radīt lielus bīdes spēkus un nodrošināt enerģijas ievadi, turklāt citus svarīgus procesa parametrus, piemēram, temperatūru un spiedienu, var precīzi kontrolēt, ļaujot pielāgot procesu konkrētā pielietojuma vajadzībām. Šī precīzā procesa kontrole ir viena no būtiskajām apstrādes ar ultraskaņu priekšrocībām, jo augstas kvalitātes produktus var ražot uzticami un reproducējami, un tiek novērsta jebkāda nevēlama daļiņu vai šķidruma degradācija.

Izturīgs un viegli tīrāms

Ultraskaņas reaktors sastāv no reaktora tvertnes un ultraskaņas sonotrodes. Sonotrode ir vienīgā detaļa, kas ir pakļauta nodilumam, un to var viegli nomainīt dažu minūšu laikā. Svārstības atsaistoši atloki ļauj uzstādīt sonotrodi jebkurā orientācijā atvērtās vai slēgtās tvertnēs, kurās var paaugstināt spiedienu, vai plūsmas šūnās. Gultņi nav nepieciešami. Plūsmas šūnu reaktorus parasti izgatavo no nerūsējošā tērauda, tiem ir vienkārša ģeometriskā forma, un tos var viegli izjaukt un izslaucīt. Tajos nav mazu atveru vai slēptu stūru.

Ultraskaņas tīrīšana bez demontāžas

Disperģēšanai izmantotā ultraskaņas intensitāte ir daudz augstāka nekā parastai ultraskaņas tīrīšanai. Tādēļ ultraskaņas jaudu var izmantot, lai atvieglotu tīrīšanu caurskalošanas un skalošanas laikā, jo ultraskaņas kavitācija noņem daļiņas un šķidruma atliekas no sonotrodes un plūsmas šūnas sienām.