Esterilização sem biocidas e dispersão de revestimentos à base de água

Os revestimentos à base de água são amplamente utilizados porque permitem formulações com baixo teor de COV, um manuseamento mais seguro e uma produção mais sustentável. Ao mesmo tempo, o seu teor de água torna-os altamente suscetíveis à contaminação microbiana. As bactérias, leveduras e bolores podem entrar no produto através das matérias-primas, dos depósitos, das tubagens, dos sistemas de enchimento ou da exposição ao ambiente durante o fabrico e o armazenamento. Quando ocorre contaminação, os microrganismos podem proliferar rapidamente e comprometer tanto a qualidade do produto como o seu prazo de conservação.
É por isso que a estabilidade microbiana é um fator crítico de qualidade nas tintas, nos revestimentos, nas tintas de impressão e nas dispersões de pigmentos à base de água.

A sonicação combina a dispersão de pigmentos e o controlo microbiano num único processo industrial

Tradicionalmente, os fabricantes recorrem a conservantes e a biocidas para conservação na embalagem para controlar a deterioração. No entanto, a crescente pressão regulamentar e a procura cada vez maior de formulações mais limpas estão a impulsionar a pesquisa de alternativas. A sonicação de alta intensidade oferece uma solução altamente eficaz, ao permitir a dispersão e a esterilização simultâneas numa única etapa do processo.
Para os fabricantes de revestimentos, isto significa que o processamento ultrassónico não é apenas uma tecnologia de dispersão. É também uma ferramenta de processo poderosa para melhorar a estabilidade microbiológica, apoiando simultaneamente estratégias de formulação com baixo teor de biocidas ou sem biocidas.

Porque é a estabilidade microbiana industrialmente crítica nas tintas à base de água

A contaminação microbiana afeta diretamente a qualidade do produto e a fiabilidade do processo: a estabilidade microbiana das tintas é de grande relevância industrial, porque o crescimento microbiano pode desencadear uma série de defeitos no produto e problemas de produção. As formulações à base de água contêm frequentemente ingredientes orgânicos, como ligantes, dispersantes, agentes molhantes, espessantes e antiespumantes. Estes componentes podem criar um ambiente favorável ao crescimento microbiano se for introduzida contaminação durante o processamento ou o armazenamento.

Na prática industrial, um controlo microbiano insuficiente pode resultar em:

• variação da viscosidade e alterações do pH
• formação de gás e dilatação das embalagens
• mau odor e alterações de cor
• redução da estabilidade durante o armazenamento
• defeitos da película e comportamento inconsistente durante a aplicação
• nos banhos de imersão – aumento da frequência de limpeza e paragens relacionadas com a contaminação

A deterioração microbiana não danifica apenas o produto. Pode também criar problemas de higiene recorrentes nos depósitos, nas tubagens e nos circuitos de recirculação, levando a perdas de produção, reprocessamento, reclamações dos clientes e custos de eliminação. Por este motivo, a estabilidade microbiana não é uma propriedade secundária. É um requisito fundamental para o sucesso comercial dos revestimentos à base de água.

Como funciona a sonicação nos revestimentos à base de água

A cavitação acústica cria um cisalhamento intenso e, consequentemente, a rutura dos microrganismos: os ultrassons de alta potência atuam através da cavitação acústica. Quando as ondas ultrassónicas atravessam um líquido, formam-se bolhas microscópicas que crescem e implodem. Estes fenómenos de cavitação geram forças de cisalhamento altamente localizadas, turbulência, alterações de pressão e microjatos.
Nos revestimentos à base de água, estes efeitos de cavitação são valiosos porque atuam simultaneamente sobre as partículas e os microrganismos. Os aglomerados de pigmentos são desfeitos de forma eficiente em partículas mais finas, enquanto as células microbianas são danificadas mecanicamente e inativadas. Isto torna a sonicação especialmente atrativa para formulações em que tanto a qualidade da dispersão como a estabilidade microbiana são essenciais.

Uma etapa do processo proporciona duas funções críticas

Em vez de tratar a dispersão de pigmentos e o controlo microbiano como tarefas separadas, a sonicação combina-os numa única operação. Este efeito duplo oferece uma clara vantagem industrial.

A mesma energia ultrassónica que desaglomera os agregados de pigmentos e dispersa uniformemente as partículas pode também reduzir a carga microbiana viável no revestimento. Como resultado, a sonicação contribui para:

• uma dispersão de pigmentos mais fina e uniforme
• melhor poder corante e consistência ótica
• redução da contaminação microbiana durante o processamento
• melhor estabilidade dos produtos à base de água durante o armazenamento
• menor dependência de conservantes e de biocidas para conservação na embalagem

Isto torna a sonicação altamente relevante para o desenvolvimento de sistemas de revestimento mais sustentáveis e com uma lista de ingredientes mais limpa.
 

Dióxido de silício disperso por ultrassons: curva vermelha – sem tratamento; curva verde: após dispersão ultrassónica

Vantagens da dispersão e esterilização simultâneas de pigmentos para tintas

1. Uma melhor qualidade de dispersão melhora o desempenho do revestimento
   Os pigmentos e as cargas formam frequentemente aglomerados que são difíceis de desfazer quando a energia mecânica é insuficiente. A sonicação proporciona um cisalhamento intenso e direcionado, tornando-a altamente eficaz para a desaglomeração e a redução do tamanho das partículas. Uma dispersão mais fina pode melhorar várias características de desempenho do revestimento final, incluindo o desenvolvimento da cor, a opacidade, o brilho e a estabilidade a longo prazo.
2. A esterilização simultânea contribui para a redução de biocidas
   Ao mesmo tempo, a cavitação ultrassónica pode danificar as células microbianas presentes na fase líquida. Isto reduz a contaminação no fluxo de produto e ajuda a melhorar a estabilidade microbiana sem depender exclusivamente da conservação química. Para os fabricantes que procuram sistemas com baixo teor de biocidas ou sem biocidas, esta é uma vantagem significativa do processo.
3. A intensificação do processo reduz a complexidade
   A combinação de dois objetivos fundamentais do processo numa única etapa em linha simplifica a produção. Em vez de acrescentarem etapas de tratamento separadas para a dispersão e o controlo microbiano, os produtores de revestimentos podem integrar ambos num único processo de sonicação controlado. Isto reduz o manuseamento, favorece uma produção mais limpa e melhora a reprodutibilidade.

Porque está o processamento sem biocidas a ganhar importância

As exigências regulamentares, ambientais e do mercado estão a reformular as estratégias de formulação
A transição para revestimentos com baixo teor de biocidas ou sem biocidas é impulsionada por vários fatores industriais. Os quadros regulamentares estão a tornar-se mais rigorosos, as expectativas ambientais estão a aumentar e os clientes estão a pedir produtos mais seguros e sustentáveis, com menos substâncias preocupantes.
Neste contexto, as tecnologias de processos físicos ganham relevância estratégica. A sonicação é especialmente atrativa porque não se limita a substituir um aditivo por outro. Introduz um princípio de tratamento não químico que melhora tanto a dispersão como a estabilidade microbiana através da energia mecânica.

Para os formuladores e os responsáveis pela produção, isto oferece vários benefícios:

• apoio a conceitos de produto mais sustentáveis
• menor dependência de conservantes convencionais
• melhor higiene do processo
• um posicionamento mais forte para revestimentos à base de água da próxima geração

Porque são os sonicadores Hielscher a melhor solução para a produção industrial de revestimentos

Controlo preciso para condições de processamento reprodutíveis

Os sonicadores Hielscher são concebidos para o controlo de processos industriais. Na produção de revestimentos, o controlo preciso dos parâmetros de sonicação é essencial porque o comportamento da formulação depende do tipo de pigmento, do teor de sólidos, da viscosidade, da temperatura, do caudal e da intensidade do tratamento.

Os sistemas Hielscher permitem ajustar com precisão parâmetros importantes do processo, tais como:

• amplitude
• pressão
• caudal / tempo de residência
• temperatura
• energia fornecida

Esta precisão permite aos fabricantes otimizar a dispersão de pigmentos, melhorando a qualidade da formulação e obtendo uma redução microbiana reprodutível.

Imagens de microscopia eletrónica de varrimento (SEM) de células vegetativas de B. subtilis antes (a) e após irradiação com ultrassons durante 30 min (b), (c).
Estudo e imagem: © Hashimoto et al., 2020

Células de fluxo pressurizáveis para uma sonicação intensificada

A pressão elevada aumenta a intensidade da cavitação
Uma vantagem fundamental da tecnologia Hielscher é a utilização de reatores com células de fluxo pressurizáveis. A pressão tem um efeito forte no comportamento da cavitação. Sob pressão elevada, a cavitação torna-se mais intensa e eficaz, o que é particularmente valioso para dispersões exigentes e para a inativação microbiana contínua.

As células de fluxo pressurizáveis permitem:

• um tratamento ultrassónico intensificado
• uma desaglomeração mais eficaz
• uma maior eficiência do processo

Para as instalações industriais de produção de revestimentos, isto significa que o tratamento ultrassónico pode ser ajustado não apenas para a viabilidade à escala laboratorial, mas também para a capacidade de processamento real da produção e as exigências do produto.

Processamento em linha para fabrico contínuo

A sonicação pode ser integrada diretamente na linha de produção
Os sonicadores Hielscher são altamente adequados ao processamento em linha. Isto permite tratar continuamente os revestimentos à base de água à medida que passam pelo sistema de produção. A sonicação em linha adapta-se bem ao fabrico industrial porque evita o manuseamento desnecessário de lotes e pode ser integrada em circuitos de transferência, sistemas de recirculação ou linhas de processo dedicadas.

O processamento em linha oferece claras vantagens operacionais:

• tratamento contínuo em condições definidas
• integração fácil em instalações existentes
• redução do manuseamento manual
• maior eficiência e consistência do processo

Para os fabricantes de revestimentos, isto torna a sonicação uma tecnologia de produção prática.

TiO2 seco por atomização antes e após moagem ultrassónica

Escalabilidade linear do laboratório à produção industrial

Os parâmetros do processo podem ser transferidos de forma fiável entre escalas
A transposição de escala é uma questão crítica no desenvolvimento de processos. Os sistemas ultrassónicos Hielscher são concebidos para uma escalabilidade linear, o que significa que as condições do processo estabelecidas à escala laboratorial ou piloto podem ser transpostas sistematicamente para a produção industrial.
Isto é especialmente importante para as empresas que desenvolvem revestimentos inovadores com baixo teor de biocidas, porque reduz o risco durante a implementação e ajuda a acelerar a comercialização.

As vantagens da escalabilidade linear incluem:

• desenvolvimento de processos mais fácil
• transferência fiável da I&D para a produção
• desempenho previsível com maior capacidade de processamento
• menor incerteza na transposição de escala

Limpeza fácil e conceção higiénica do processo

A facilidade de limpeza é importante quando o objetivo é a estabilidade microbiana
Se o controlo microbiano for um objetivo fundamental do processo, a higiene do equipamento torna-se ainda mais importante. Os sonicadores Hielscher são concebidos para uma limpeza industrial prática e uma integração simples em ambientes de processo higiénicos.

A limpeza fácil ajuda os fabricantes a:

• reduzir os riscos de contaminação no equipamento
• impedir o crescimento microbiano
• reduzir o trabalho de limpeza e manutenção
• melhorar a fiabilidade do processo ao longo de ciclos de produção repetidos

Nos revestimentos à base de água, em que a contaminação pode persistir nos depósitos, nas zonas mortas e nos sistemas de transferência, o equipamento ultrassónico fácil de limpar contribui diretamente para a estabilidade do produto e a robustez operacional.

A tinta à base de giz submetida a sonicação no grindómetro demonstra a desaglomeração e a distribuição do tamanho das partículas dos pigmentos perfeitamente uniformes

Resultados reprodutíveis para a garantia de qualidade industrial

A consistência é essencial para os fabricantes de revestimentos
A produção industrial de tintas exige resultados de processo altamente reprodutíveis. As propriedades óticas, a reologia, o prazo de conservação e a estabilidade microbiológica devem manter-se consistentes de lote para lote e ao longo de períodos de produção prolongados.

Os sonicadores Hielscher proporcionam condições ultrassónicas reprodutíveis que permitem:

• dispersão uniforme dos pigmentos
• redução estável do tamanho das partículas
• tratamento microbiano consistente
• qualidade fiável do produto ao longo das séries de produção

Esta reprodutibilidade é essencial para a validação do processo, a garantia de qualidade e a adoção industrial da tecnologia ultrassónica.

A sonicação como tecnologia estratégica para os revestimentos modernos à base de água

A indústria dos revestimentos está a evoluir para formulações mais sustentáveis, com menor teor de aditivos perigosos e um desempenho mais robusto. A sonicação enquadra-se excecionalmente bem nesta tendência porque responde simultaneamente a dois grandes desafios de produção: a necessidade de uma dispersão eficiente dos pigmentos e a necessidade de estabilidade microbiana.
Ao combinar estas funções numa única etapa do processo, a sonicação ajuda os fabricantes a simplificar a produção, melhorar a qualidade dos revestimentos e reduzir a dependência de sistemas de conservação convencionais. Isto torna o tratamento ultrassónico altamente atrativo para tintas de construção, revestimentos industriais, dispersões funcionais, tintas de impressão e sistemas afins à base de água.
Os sonicadores Hielscher proporcionam a plataforma industrial necessária para implementar esta estratégia na prática. O seu controlo preciso, as células de fluxo pressurizáveis, a capacidade de processamento em linha, a escalabilidade linear, a limpeza fácil e os resultados reprodutíveis tornam-nos particularmente adequados à produção de tintas e revestimentos.

Tire partido da dispersão e esterilização ultrassónicas de revestimentos

A esterilização sem biocidas e a dispersão de revestimentos à base de água através da sonicação constituem uma abordagem altamente promissora para o fabrico moderno de tintas. A sonicação melhora a dispersão dos pigmentos, reduz a carga microbiana e promove uma maior estabilidade do produto num único processo integrado. Esta combinação é especialmente valiosa numa indústria sujeita a uma pressão crescente para reduzir os conservantes, mantendo simultaneamente uma elevada qualidade do produto e eficiência do processo.
Para os fabricantes de tintas e revestimentos à base de água, os sonicadores Hielscher oferecem uma solução prática e comprovada industrialmente. A sua capacidade de controlo do processo, a integração em linha, a conceção de células de fluxo para tratamento intensificado, a escalabilidade, a facilidade de limpeza higiénica e o desempenho reprodutível tornam-nos uma excelente escolha para a dispersão e esterilização simultâneas de pigmentos para tintas.

A tabela abaixo dá uma indicação da capacidade de processamento aproximada dos nossos sonicadores:

Conceção, fabrico e consultoria – Qualidade fabricada na Alemanha

Os sonicadores Hielscher são bem conhecidos pelos seus padrões de qualidade e conceção do mais alto nível. A robustez e a facilidade de operação permitem uma integração harmoniosa dos nossos sonicadores em instalações industriais. Os sonicadores Hielscher lidam facilmente com condições adversas e ambientes exigentes.

A Hielscher Ultrasonics é uma empresa com certificação ISO e dá especial ênfase a sonicadores de elevado desempenho com tecnologia de ponta e facilidade de utilização. Naturalmente, os sonicadores Hielscher estão em conformidade com os requisitos CE e cumprem os requisitos de UL, CSA e RoHs.

Bibliografia / Referências

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