Wolna od biocydów sterylizacja i dyspersja powłok na bazie wody

Powłoki na bazie wody są szeroko stosowane, ponieważ wspierają formuły o niskiej zawartości LZO, bezpieczniejszą obsługę i bardziej zrównoważoną produkcję. Jednocześnie zawartość wody sprawia, że są one bardzo podatne na skażenie mikrobiologiczne. Bakterie, drożdże i pleśnie mogą dostać się do produktu poprzez surowce, zbiorniki, rurociągi, systemy napełniania lub narażenie otoczenia podczas produkcji i przechowywania. Gdy dojdzie do skażenia, mikroorganizmy mogą szybko się rozmnażać i zagrażać zarówno jakości produktu, jak i okresowi przydatności do spożycia.
Dlatego właśnie stabilność mikrobiologiczna jest krytycznym czynnikiem jakości w farbach, powłokach, tuszach i dyspersjach pigmentowych na bazie wody.

Sonikacja łączy dyspersję pigmentu i kontrolę drobnoustrojów w jednym procesie przemysłowym

Tradycyjnie producenci polegają na konserwantach i biocydach w puszkach, aby kontrolować psucie się produktów. Jednak rosnąca presja regulacyjna i rosnące zapotrzebowanie na czystsze preparaty napędzają poszukiwanie alternatyw. Sonikacja o wysokiej intensywności oferuje wysoce skuteczne rozwiązanie, umożliwiając jednoczesną dyspersję i sterylizację w jednym etapie procesu.
Dla producentów powłok oznacza to, że przetwarzanie ultradźwiękowe to nie tylko technologia dyspersji. Jest to również potężne narzędzie procesowe do poprawy stabilności mikrobiologicznej przy jednoczesnym wspieraniu strategii formułowania o niskiej zawartości biocydów lub bez biocydów.

Dlaczego stabilność mikrobiologiczna ma krytyczne znaczenie w przemyśle farb wodorozcieńczalnych?

Zanieczyszczenie mikrobiologiczne ma bezpośredni wpływ na jakość produktu i niezawodność procesu: Stabilność mikrobiologiczna farb ma duże znaczenie przemysłowe, ponieważ rozwój drobnoustrojów może powodować szereg wad produktu i problemów produkcyjnych. Preparaty na bazie wody często zawierają składniki organiczne, takie jak spoiwa, dyspergatory, środki zwilżające, zagęszczacze i środki przeciwpieniące. Składniki te mogą tworzyć korzystne środowisko dla rozwoju drobnoustrojów, jeśli zanieczyszczenie zostanie wprowadzone podczas przetwarzania lub przechowywania.

W praktyce przemysłowej niewystarczająca kontrola mikrobiologiczna może skutkować:

• dryf lepkości i zmiany pH
• Tworzenie się gazu i pęcznienie pojemnika
• nieprzyjemny zapach i przebarwienia
• zmniejszona stabilność przechowywania
• Wady folii i niespójne działanie aplikacji
• zwiększona częstotliwość czyszczenia i przestoje związane z zanieczyszczeniami

Zepsucie mikrobiologiczne nie tylko niszczy produkt. Może również powodować powtarzające się problemy higieniczne w zbiornikach, rurach i pętlach recyrkulacyjnych, prowadząc do strat produkcyjnych, przeróbek, reklamacji klientów i kosztów utylizacji. Z tego powodu stabilność mikrobiologiczna nie jest cechą drugorzędną. Jest to podstawowy wymóg dla komercyjnie udanych powłok na bazie wody.

Jak działa sonikacja w powłokach na bazie wody?

Kawitacja akustyczna powoduje intensywne ścinanie i niszczenie drobnoustrojów: Ultradźwięki o dużej mocy działają poprzez kawitację akustyczną. Gdy fale ultradźwiękowe przechodzą przez ciecz, mikroskopijne pęcherzyki tworzą się, rosną i implodują. Te zdarzenia kawitacyjne generują wysoce zlokalizowane siły ścinające, turbulencje, zmiany ciśnienia i mikrowody.
W powłokach na bazie wody efekty te są cenne, ponieważ działają jednocześnie na cząstki i mikroorganizmy. Aglomeraty pigmentów są skutecznie rozbijane na drobniejsze cząstki, podczas gdy komórki drobnoustrojów są mechanicznie uszkadzane i dezaktywowane. To sprawia, że sonikacja jest szczególnie atrakcyjna dla preparatów, w których istotna jest zarówno jakość dyspersji, jak i stabilność mikrobiologiczna.

Jeden etap procesu zapewnia dwie krytyczne funkcje

Zamiast traktować dyspersję pigmentu i kontrolę mikrobiologiczną jako oddzielne zadania, sonikacja łączy je w jednej operacji. Ten podwójny efekt oferuje wyraźną przewagę przemysłową.

Ta sama energia ultradźwiękowa, która deaglomeruje klastry pigmentów i równomiernie rozprasza cząstki, może również zmniejszyć żywotne obciążenie mikrobiologiczne w powłoce. W rezultacie ultradźwięki wspierają:

• drobniejsza i bardziej jednolita dyspersja pigmentu
• Poprawiona siła koloru i spójność optyczna
• zmniejszone zanieczyszczenie mikrobiologiczne podczas przetwarzania
• lepsza stabilność przechowywania produktów na bazie wody
• Mniejsza zależność od konserwantów i biocydów w puszkach

To sprawia, że sonikacja jest bardzo istotna dla rozwoju bardziej zrównoważonych i czystszych systemów powlekania.
 

Zdyspergowany ultradźwiękowo dwutlenek krzemu: krzywa czerwona – bez obróbki; zielona krzywa: po dyspersji ultradźwiękowej

Zalety jednoczesnej dyspersji i sterylizacji pigmentów do farb

1. Lepsza jakość dyspersji poprawia wydajność powlekania
   Pigmenty i wypełniacze często tworzą aglomeraty, które są trudne do rozbicia przy niewystarczającej energii mechanicznej. Sonikacja zapewnia intensywne i ukierunkowane ścinanie, dzięki czemu jest wysoce skuteczna w deaglomeracji i redukcji wielkości cząstek. Drobniejsza dyspersja może poprawić kilka właściwości końcowej powłoki, w tym rozwój koloru, nieprzezroczystość, połysk i długoterminową stabilność.
2. Jednoczesna sterylizacja wspomaga redukcję biocydów
   Jednocześnie kawitacja ultradźwiękowa może uszkodzić komórki drobnoustrojów obecne w fazie ciekłej. Zmniejsza to zanieczyszczenie w strumieniu produktu i pomaga poprawić stabilność mikrobiologiczną bez polegania wyłącznie na konserwacji chemicznej. Dla producentów dążących do systemów o niskiej zawartości biocydów lub wolnych od biocydów jest to znacząca zaleta procesu.
3. Intensyfikacja procesów zmniejsza złożoność
   Połączenie dwóch kluczowych celów procesu w jednym etapie upraszcza produkcję. Zamiast dodawać oddzielne etapy obróbki w celu dyspersji i kontroli mikrobiologicznej, producenci powłok mogą zintegrować oba w jednym kontrolowanym procesie sonikacji. Ogranicza to obsługę, wspiera czystszą produkcję i poprawia powtarzalność.

Dlaczego przetwarzanie bez użycia biocydów zyskuje na znaczeniu?

Wymagania regulacyjne, środowiskowe i rynkowe zmieniają strategie opracowywania receptur
Przejście na powłoki o niskiej zawartości biocydów i wolne od biocydów jest napędzane przez kilka czynników przemysłowych. Ramy regulacyjne stają się coraz bardziej rygorystyczne, oczekiwania środowiskowe rosną, a klienci proszą o bezpieczniejsze, bardziej zrównoważone produkty z mniejszą ilością substancji wzbudzających obawy.
W tym kontekście technologie procesów fizycznych zyskują strategiczne znaczenie. Sonikacja jest szczególnie atrakcyjna, ponieważ nie tylko zastępuje jeden dodatek innym. Wprowadza niechemiczną zasadę obróbki, która poprawia zarówno dyspersję, jak i stabilność mikrobiologiczną dzięki energii mechanicznej.

Dla formulatorów i kierowników produkcji oferuje to kilka korzyści:

• wsparcie dla bardziej zrównoważonych koncepcji produktów
• zmniejszona zależność od konwencjonalnych konserwantów
• Zwiększona higiena procesu
• Silniejsza pozycja dla powłok na bazie wody nowej generacji

Dlaczego sonikatory Hielscher są najlepszym rozwiązaniem dla przemysłowej produkcji powłok?

Precyzyjna kontrola dla powtarzalnych warunków przetwarzania

Sonikatory Hielscher są przeznaczone do kontroli procesów przemysłowych. W produkcji powłok precyzyjna kontrola parametrów sonikacji jest niezbędna, ponieważ zachowanie preparatu zależy od rodzaju pigmentu, zawartości substancji stałych, lepkości, temperatury, natężenia przepływu i intensywności obróbki.

Systemy Hielscher umożliwiają dokładną regulację ważnych parametrów procesu, takich jak:

• amplituda
• ciśnienie
• natężenie przepływu / czas przebywania
• temperatura
• Energia wejściowa

Ta precyzja pozwala producentom zoptymalizować dyspersję pigmentu, poprawiając jakość formulacji i osiągając powtarzalną redukcję drobnoustrojów.

Obrazy SEM komórek wegetatywnych B. subtilis przed (a) i po napromieniowaniu ultradźwiękami przez 30 min (b), (c).
Badanie i zdjęcie: © Hashimoto et al., 2020

Ciśnieniowe komory przepływowe do zintensyfikowanej sonikacji

Podwyższone ciśnienie zwiększa intensywność kawitacji
Kluczową zaletą technologii Hielscher jest zastosowanie reaktorów przepływowych z możliwością utrzymywania ciśnienia. Ciśnienie ma silny wpływ na zachowanie kawitacji. Przy podwyższonym ciśnieniu kawitacja staje się bardziej intensywna i skuteczna, co jest szczególnie cenne w przypadku wymagających dyspersji i ciągłej inaktywacji drobnoustrojów.

Obsługa ciśnieniowych komór przepływowych:

• zintensyfikowana obróbka ultradźwiękowa
• skuteczniejsza deaglomeracja
• Zwiększona wydajność procesu
• Większa wydajność w trybie ciągłym

W przypadku przemysłowych zakładów powlekania oznacza to, że obróbka ultradźwiękowa może być dostosowana nie tylko do wykonalności w skali laboratoryjnej, ale także do rzeczywistej wydajności produkcji i wymagań produktowych.

Przetwarzanie inline dla produkcji ciągłej

Sonikacja może być zintegrowana bezpośrednio z linią produkcyjną
Sonikatory Hielscher doskonale nadają się do przetwarzania inline. Pozwala to na obróbkę powłok na bazie wody w sposób ciągły, gdy przechodzą one przez system produkcyjny. Sonikacja inline dobrze pasuje do produkcji przemysłowej, ponieważ pozwala uniknąć niepotrzebnej obsługi partii i może być zintegrowana z pętlami transferowymi, systemami recyrkulacji lub dedykowanymi liniami technologicznymi.

Przetwarzanie inline oferuje wyraźne korzyści operacyjne:

• ciągłe leczenie w określonych warunkach
• Łatwiejsza integracja z istniejącymi zakładami
• ograniczenie ręcznej obsługi
• Zwiększona wydajność i spójność procesu

Dla producentów powłok sprawia to, że sonikacja jest praktyczną technologią produkcyjną, a nie metodą wyłącznie laboratoryjną.

Suszony rozpyłowo TiO2 przed i po mieleniu ultradźwiękowym

Liniowa skalowalność od laboratorium do produkcji przemysłowej

Parametry procesu mogą być niezawodnie przenoszone między skalami.
Skalowanie jest krytyczną kwestią w rozwoju procesu. Systemy ultradźwiękowe Hielscher zostały zaprojektowane z myślą o liniowej skalowalności, co oznacza, że warunki procesu ustalone w skali laboratoryjnej lub pilotażowej można systematycznie przekładać na produkcję przemysłową.
Jest to szczególnie ważne dla firm opracowujących innowacyjne powłoki o niskiej zawartości substancji biobójczych, ponieważ zmniejsza ryzyko podczas wdrażania i pomaga przyspieszyć komercjalizację.

Zalety skalowalności liniowej obejmują:

• Łatwiejszy rozwój procesu
• niezawodny transfer z R&D do produkcji
• przewidywalna wydajność przy większej przepustowości
• niższa niepewność skalowania

Łatwe czyszczenie i higieniczna konstrukcja procesu

Czystość ma znaczenie, gdy celem jest stabilność mikrobiologiczna
Jeśli kontrola mikrobiologiczna jest kluczowym celem procesu, higiena sprzętu staje się jeszcze ważniejsza. Sonikatory Hielscher zostały zaprojektowane z myślą o praktycznym czyszczeniu przemysłowym i łatwej integracji z higienicznymi środowiskami procesowymi.

Łatwe czyszczenie pomaga producentom:

• zmniejszenie ryzyka zanieczyszczenia sprzętu
• wspierają stałą kontrolę mikrobiologiczną
• skrócenie czasu czyszczenia i konserwacji
• poprawa niezawodności procesu w powtarzających się cyklach produkcyjnych

W przypadku powłok na bazie wody, gdzie zanieczyszczenia mogą utrzymywać się w zbiornikach, martwych strefach i systemach transferu, łatwy do czyszczenia sprzęt ultradźwiękowy bezpośrednio przyczynia się do stabilności produktu i solidności operacyjnej.

Sonikowana farba kredowa na grindometrze wykazuje idealnie równomierną deaglomerację i rozkład wielkości cząstek pigmentów.

Powtarzalne wyniki dla przemysłowego zapewnienia jakości

Spójność ma kluczowe znaczenie dla producentów powłok
Przemysłowa produkcja farb wymaga wysoce powtarzalnych wyników procesu. Właściwości optyczne, reologia, trwałość i stabilność mikrobiologiczna muszą pozostać niezmienne z partii na partię i w długich okresach produkcji.

Sonikatory Hielscher zapewniają powtarzalne warunki ultradźwiękowe, które wspierają:

• Jednolita dyspersja pigmentu
• Stabilna redukcja wielkości cząstek
• konsekwentna obróbka mikrobiologiczna
• Niezawodna jakość produktu we wszystkich seriach produkcyjnych

Ta powtarzalność jest niezbędna do walidacji procesu, zapewnienia jakości i przemysłowego przyjęcia technologii ultradźwiękowej.

Sonikacja jako strategiczna technologia dla nowoczesnych powłok na bazie wody

Przemysł lakierniczy zmierza w kierunku formuł, które są bardziej zrównoważone, zawierają mniej niebezpiecznych dodatków i są bardziej wytrzymałe. Sonikacja wyjątkowo dobrze wpisuje się w ten kierunek, ponieważ rozwiązuje jednocześnie dwa główne wyzwania produkcyjne: potrzebę skutecznej dyspersji pigmentów i potrzebę stabilności mikrobiologicznej.
Łącząc te funkcje w jednym etapie procesu, sonikacja pomaga producentom uprościć produkcję, poprawić jakość powłoki i zmniejszyć zależność od konwencjonalnych systemów konserwacji. To sprawia, że obróbka ultradźwiękowa jest bardzo atrakcyjna dla farb architektonicznych, powłok przemysłowych, dyspersji funkcjonalnych, atramentów i powiązanych systemów na bazie wody.
Sonikatory Hielscher zapewniają platformę przemysłową potrzebną do wdrożenia tej strategii w praktyce. Ich precyzyjna kontrola, ciśnieniowe komory przepływowe, możliwość pracy w linii, liniowa skalowalność, łatwe czyszczenie i powtarzalne wyniki sprawiają, że są one szczególnie odpowiednie do wymagających zastosowań powlekania.

Skorzystaj z ultradźwiękowej dyspersji powłoki i sterylizacji

Wolna od biocydów sterylizacja i dyspersja powłok na bazie wody przy użyciu sonikacji jest wysoce obiecującym podejściem do nowoczesnej produkcji farb. Sonikacja poprawia dyspersję pigmentu, zmniejsza obciążenie mikrobiologiczne i wspiera większą stabilność produktu w jednym zintegrowanym procesie. Ta kombinacja jest szczególnie cenna w branży, która znajduje się pod rosnącą presją, aby zmniejszyć ilość konserwantów przy jednoczesnym zachowaniu wysokiej jakości produktu i wydajności procesu.
Dla producentów farb i powłok na bazie wody, sonikatory Hielscher oferują praktyczne i sprawdzone w przemyśle rozwiązanie. Możliwość sterowania procesem, integracja w linii produkcyjnej, zintensyfikowana konstrukcja komory przepływowej, skalowalność, higieniczna czystość i powtarzalna wydajność sprawiają, że są one doskonałym wyborem do jednoczesnej dyspersji i sterylizacji pigmentów do farb.

Poniższa tabela przedstawia przybliżoną wydajność przetwarzania naszych ultradźwiękowców:

Projektowanie, produkcja i doradztwo – Jakość Made in Germany

Ultradźwięki Hielscher są dobrze znane z najwyższej jakości i standardów projektowych. Solidność i łatwa obsługa pozwalają na płynną integrację naszych ultradźwiękowców z obiektami przemysłowymi. Trudne warunki i wymagające środowiska są łatwo obsługiwane przez ultradźwięki Hielscher.

Hielscher Ultrasonics jest firmą posiadającą certyfikat ISO i kładzie szczególny nacisk na wysokowydajne ultradźwięki z najnowocześniejszą technologią i łatwością obsługi. Oczywiście ultradźwięki Hielscher są zgodne z CE i spełniają wymagania UL, CSA i RoHs.

Literatura / Referencje