Ultradźwiękowa redukcja rozmiaru atramentu (np. do drukarek atramentowych)
Kawitacja ultradźwiękowa jest skutecznym środkiem do dyspergowania i mikrorozdrabniania (mielenia na mokro) pigmentów atramentowych. Dyspergatory ultradźwiękowe są z powodzeniem stosowane w badaniach, a także w przemysłowej produkcji atramentów UV, wodnych lub rozpuszczalnikowych.
Atramenty do drukarek atramentowych z nanodyspersją
Ultradźwięki są bardzo skuteczne w redukcji wielkości cząstek w zakresie od 500 µm do ok. 10 nm.
Gdy ultradźwięki są stosowane do rozpraszania nanocząstek w tuszu do drukarek atramentowych, można znacznie poprawić gamę kolorów tuszu, trwałość i jakość druku. Dlatego ultrasonografy typu sondowego są szeroko stosowane w produkcji atramentów do drukarek atramentowych zawierających nanocząstki, atramentów specjalnych (np. atramentów przewodzących, atramentów do drukowania 3D, atramentów do tatuażu) i farb.
Poniższe wykresy przedstawiają przykład dla czarnych pigmentów niesonikowanych i zdyspergowanych ultradźwiękowo w tuszu do drukarek atramentowych. Obróbkę ultradźwiękową przeprowadzono za pomocą sondy ultradźwiękowej UIP1000hdT. Wynikiem obróbki ultradźwiękowej jest wyraźnie mniejszy rozmiar cząstek i bardzo wąski rozkład wielkości cząstek.

Dyspersja ultradźwiękowa skutkuje znacznie mniejszymi i bardziej jednolitymi pigmentami atramentu. (zielony wykres: przed sonikacją – czerwony wykres: po sonikacji)
W jaki sposób dyspersja ultradźwiękowa poprawia jakość tuszu do drukarek atramentowych?
Ultradźwięki o wysokiej intensywności są bardzo skuteczne w dyspersji, redukcji wielkości i równomiernym rozkładzie nanocząstek.
Oznacza to, że rozpraszanie nanocząstek za pomocą ultradźwięków w tuszu do drukarek atramentowych może poprawić jego wydajność i trwałość. Nanocząsteczki to bardzo małe cząsteczki o rozmiarach w zakresie od 1 do 100 nanometrów, które mają unikalne właściwości, które mogą poprawić atrament do drukarek atramentowych na kilka sposobów.
- Po pierwsze, nanocząsteczki mogą poprawić gamę kolorów atramentu do drukarek atramentowych, która odnosi się do zakresu kolorów, które można uzyskać. Gdy nanocząsteczki są równomiernie rozproszone za pomocą ultradźwiękowego sondy, atrament wykazuje w konsekwencji bardziej żywe i nasycone kolory. Dzieje się tak, ponieważ nanocząsteczki mogą rozpraszać i odbijać światło w sposób, w jaki tradycyjne barwniki i pigmenty nie mogą, co prowadzi do lepszego odwzorowania kolorów.
- Po drugie, jednorodnie rozproszone nanocząsteczki mogą zwiększyć odporność tuszu do drukarek atramentowych na blaknięcie, działanie wody i rozmazywanie. Dzieje się tak dlatego, że nanocząsteczki mogą silniej wiązać się z papierem lub innym podłożem, tworząc trwalszy i trwalszy obraz. Ponadto nanocząsteczki mogą zapobiegać przenikaniu atramentu na papier, co może powodować rozmazywanie i zmniejszać ostrość drukowanego obrazu.
- Wreszcie, ultradźwiękowo zdyspergowane nanocząsteczki mogą również poprawić jakość druku i rozdzielczość atramentu do drukarek atramentowych. Dyspergatory ultradźwiękowe są wyjątkowo wydajne, jeśli chodzi o mielenie i mieszanie nanocząstek w cieczach. Dzięki zastosowaniu mniejszych cząstek, atrament może tworzyć drobniejsze i bardziej precyzyjne linie, co skutkuje ostrzejszymi i wyraźniejszymi obrazami. Jest to szczególnie ważne w zastosowaniach takich jak wysokiej jakości druk fotograficzny i druk artystyczny.
Kontrola nad parametrami procesu i wynikami dyspersji
Wielkość cząstek i rozkład wielkości cząstek pigmentów atramentowych wpływa na wiele właściwości produktu, takich jak siła barwienia lub jakość druku. W przypadku druku atramentowego niewielka ilość większych cząstek może prowadzić do niestabilności dyspersji, sedymentacji lub awarii dyszy atramentowej. Z tego powodu ważne jest, aby jakość atramentu do drukarek atramentowych miała dobrą kontrolę nad procesem redukcji rozmiaru stosowanym w produkcji.

Homogenizator ultradźwiękowy UIP1000hdT dla nanodyspersji
Przetwarzanie inline nanodyspersji dla tuszów do drukarek atramentowych
Reaktory ultradźwiękowe Hielscher są powszechnie stosowane w linii produkcyjnej. Atrament jest pompowany do zbiornika reaktora. Tam jest poddawany kawitacji ultradźwiękowej o kontrolowanej intensywności. Czas ekspozycji jest wynikiem objętości reaktora i szybkości podawania materiału. Sonikacja liniowa eliminuje obejścia, ponieważ wszystkie cząstki przechodzą przez komorę reaktora po określonej ścieżce. Ponieważ wszystkie cząstki są narażone na identyczne parametry sonikacji w tym samym czasie podczas każdego cyklu, ultradźwięki zazwyczaj zwężają i przesuwają krzywą dystrybucji, zamiast ją poszerzać. Dyspersja ultradźwiękowa wytwarza stosunkowo symetryczne rozkłady wielkości cząstek. Ogólnie rzecz biorąc, prawy ogon – ujemne nachylenie krzywej spowodowane przesunięciem w kierunku materiałów gruboziarnistych ("ogon" po prawej stronie) – nie można zaobserwować na sonikowanych próbkach.
Dyspersja w kontrolowanych temperaturach: Chłodzenie procesowe
Dla pojazdów wrażliwych na temperaturę, Hielscher oferuje reaktory przepływowe z płaszczem dla wszystkich urządzeń laboratoryjnych i przemysłowych. Chłodzenie wewnętrznych ścianek reaktora umożliwia skuteczne odprowadzanie ciepła procesowego.
Poniższe zdjęcia przedstawiają pigment sadzy zdyspergowany za pomocą sondy ultradźwiękowej UIP1000hdT w tuszu UV.

Dyspersja ultradźwiękowa zapewnia skuteczną redukcję wielkości cząstek i równomierny rozkład pigmentów sadzy w tuszu UV.
Dyspergowanie i deaglomeracja atramentów do drukarek atramentowych w dowolnej skali
Hielscher produkuje ultradźwiękowe urządzenia dyspergujące do przetwarzania atramentów o dowolnej objętości. Ultradźwiękowe homogenizatory laboratoryjne są stosowane do objętości od 1,5 ml do około 2 litrów i są idealne do etapu badań i rozwoju receptur atramentów, a także do testów jakości. Ponadto test wykonalności w laboratorium pozwala dokładnie wybrać wymagany rozmiar sprzętu do produkcji komercyjnej.
Przemysłowe dyspergatory ultradźwiękowe są stosowane w produkcji partii od 0,5 do około 2000 l lub natężenia przepływu od 0,1 l do 20 m³ na godzinę. W odróżnieniu od innych technologii dyspergowania i mielenia, ultradźwięki można łatwo skalować, ponieważ wszystkie ważne parametry procesu można skalować liniowo.
Poniższa tabela przedstawia ogólne zalecenia dotyczące ultradźwięków w zależności od objętości partii lub natężenia przepływu, które mają być przetwarzane.
Wielkość partii | natężenie przepływu | Polecane urządzenia |
---|---|---|
10 do 2000mL | 20-400mL/min | UP200Ht, UP400St |
0.1 do 20L | 0.2 do 4L/min | UIP2000hdT |
10-100L | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
15 do 150 l | 3 do 15 l/min | UIP6000hdT |
b.d. | 10-100L/min | UIP16000 |
b.d. | większe | klaster UIP16000 |
Skontaktuj się z nami! / Zapytaj nas!
Jak działają dyspergatory ultradźwiękowe? – Zasada działania kawitacji akustycznej
Kawitacja ultradźwiękowa to proces wykorzystujący fale dźwiękowe o wysokiej częstotliwości do generowania małych pęcherzyków gazu w cieczy. Gdy pęcherzyki są poddawane wysokiemu ciśnieniu, mogą się zapaść lub implodować, uwalniając przypływ energii. Energia ta może być wykorzystana do rozproszenia cząstek w cieczy, rozbijając je na mniejsze rozmiary.
W kawitacji ultradźwiękowej fale dźwiękowe są generowane przez przetwornik ultradźwiękowy, który jest zwykle montowany na sondzie lub tubie. Przetwornik przekształca energię elektryczną w energię mechaniczną w postaci fal dźwiękowych, które są następnie przesyłane do cieczy przez sondę lub tubę. Gdy fale dźwiękowe docierają do cieczy, wytwarzają fale wysokiego ciśnienia, które mogą powodować implozję pęcherzyków gazu.
Istnieje kilka potencjalnych zastosowań kawitacji ultradźwiękowej w procesach dyspersji, w tym produkcja emulsji, dyspersja pigmentów i wypełniaczy oraz deaglomeracja cząstek. Kawitacja ultradźwiękowa może być skutecznym sposobem na rozproszenie cząstek, ponieważ może generować duże siły ścinające i wkład energii, a także inne ważne parametry procesu, takie jak temperatura i ciśnienie, mogą być precyzyjnie kontrolowane, umożliwiając dostosowanie procesu do konkretnych potrzeb aplikacji. Ta precyzyjna kontrola procesu jest jedną z najważniejszych zalet sonikacji, ponieważ produkty wysokiej jakości mogą być wytwarzane w sposób niezawodny i powtarzalny, a także unika się niepożądanej degradacji cząstek lub cieczy.
Solidne i łatwe do czyszczenia
Reaktor ultradźwiękowy składa się ze zbiornika reaktora i sonotrody ultradźwiękowej. Jest to jedyna część, która podlega zużyciu i można ją łatwo wymienić w ciągu kilku minut. Kołnierze odsprzęgające oscylację pozwalają na zamontowanie sonotrody w otwartych lub zamkniętych pojemnikach ciśnieniowych lub komorach przepływowych w dowolnej orientacji. Nie są potrzebne żadne łożyska. Reaktory z komorą przepływową są zazwyczaj wykonane ze stali nierdzewnej i mają prostą geometrię oraz mogą być łatwo zdemontowane i wyczyszczone. Nie ma małych otworów ani ukrytych narożników.
Ultradźwiękowa myjka w miejscu (CIP)
Intensywność ultradźwięków stosowana w zastosowaniach dyspergujących jest znacznie wyższa niż w przypadku typowego czyszczenia ultradźwiękowego. W związku z tym moc ultradźwięków może być wykorzystywana do wspomagania czyszczenia podczas płukania i płukania, ponieważ kawitacja ultradźwiękowa usuwa cząstki i pozostałości cieczy z sonotrody i ze ścian komory przepływowej.
Literatura / Referencje
- FactSheet Ultrasonic Inkjet Dispersion – Hielscher Ultrasonics
- Adam K. Budniak, Niall A. Killilea, Szymon J. Zelewski, Mykhailo Sytnyk, Yaron Kauffmann, Yaron Amouyal, Robert Kudrawiec, Wolfgang Heiss, Efrat Lifshitz (2020): Exfoliated CrPS4 with Promising Photoconductivity. Small Vol.16, Issue1. January 9, 2020.
- Anastasia V. Tyurnina, Iakovos Tzanakis, Justin Morton, Jiawei Mi, Kyriakos Porfyrakis, Barbara M. Maciejewska, Nicole Grobert, Dmitry G. Eskin 2020): Ultrasonic exfoliation of graphene in water: A key parameter study. Carbon, Vol. 168, 2020.
- del Bosque, A.; Sánchez-Romate, X.F.; Sánchez, M.; Ureña, A. (2022): Easy-Scalable Flexible Sensors Made of Carbon Nanotube-Doped Polydimethylsiloxane: Analysis of Manufacturing Conditions and Proof of Concept. Sensors 2022, 22, 5147.
- Brad W. Zeiger; Kenneth S. Suslick (2011): Sonofragmentation of Molecular Crystals. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 37, 14530–14533.
- Poinern G.E., Brundavanam R., Thi-Le X., Djordjevic S., Prokic M., Fawcett D. (2011): Thermal and ultrasonic influence in the formation of nanometer scale hydroxyapatite bio-ceramic. Int J Nanomedicine. 2011; 6: 2083–2095.

Hielscher Ultrasonics produkuje wysokowydajne homogenizatory ultradźwiękowe od laboratorium do rozmiar przemysłowy.