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 susceptíveis à contaminação microbiana. Bactérias, leveduras e bolores podem entrar no produto através de matérias-primas, tanques, tubagens, sistemas de enchimento ou exposição ambiental durante o fabrico e armazenamento. Quando a contaminação ocorre, os microrganismos podem proliferar rapidamente e comprometer a qualidade do produto e o prazo de validade.
É por isso que a estabilidade microbiana é um fator crítico de qualidade em tintas de base aquosa, revestimentos, tintas de impressão e dispersões de pigmentos.

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

Tradicionalmente, os fabricantes recorrem a conservantes e a biocidas em lata para controlar a deterioração. No entanto, a crescente pressão regulamentar e a crescente procura de formulações mais limpas estão a impulsionar a procura de alternativas. A sonicação de alta intensidade oferece uma solução altamente eficaz, permitindo a dispersão e a esterilização simultâneas num único passo do processo.
Para os fabricantes de revestimentos, isto significa que o processamento ultrassónico não é apenas uma tecnologia de dispersão. É também uma poderosa ferramenta de processo para melhorar a estabilidade microbiológica, apoiando simultaneamente estratégias de formulação com baixo teor de biocidas ou sem biocidas.

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

A contaminação microbiana afecta 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 do produto e problemas de produção. As formulações à base de água contêm frequentemente ingredientes orgânicos, tais como aglutinantes, dispersantes, agentes molhantes, espessantes e antiespumantes. Estes componentes podem criar um ambiente favorável ao crescimento microbiano se a contaminação for introduzida durante o processamento ou armazenamento.

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

• desvio de viscosidade e alterações de pH
• formação de gás e inchaço do recipiente
• odor desagradável e descoloração
• estabilidade de armazenamento reduzida
• defeitos da película e comportamento inconsistente da aplicação
• aumento da frequência de limpeza e do tempo de inatividade relacionado com a contaminação

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

Como funciona a sonicação em revestimentos à base de água

A cavitação acústica cria um cisalhamento intenso e uma rutura microbiana: Os ultra-sons de alta potência funcionam através da cavitação acústica. Quando as ondas ultra-sónicas passam através de um líquido, formam-se bolhas microscópicas, que crescem e implodem. Esses eventos de cavitação geram forças de cisalhamento altamente localizadas, turbulência, mudanças de pressão e microjatos.
Nos revestimentos à base de água, estes efeitos são valiosos porque actuam simultaneamente sobre as partículas e os microrganismos. Os aglomerados de pigmentos são decompostos eficientemente em partículas mais finas, enquanto as células microbianas são mecanicamente danificadas e inactivadas. Isto torna a sonicação especialmente atractiva para formulações em que tanto a qualidade da dispersão como a estabilidade microbiana são essenciais.

Uma etapa do processo fornece 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 duplo efeito oferece uma clara vantagem industrial.

A mesma energia ultra-sónica que desaglomera os aglomerados de pigmentos e dispersa as partículas uniformemente também pode reduzir a carga microbiana viável no revestimento. Como resultado, a sonicação suporta:

• dispersão de pigmentos mais fina e uniforme
• maior intensidade de cor e consistência ótica
• redução da contaminação microbiana durante o processamento
• melhoria da estabilidade de armazenamento de produtos à base de água
• menor dependência de conservantes e biocidas em latas

Isto torna a sonicação altamente relevante para o desenvolvimento de sistemas de revestimento mais sustentáveis e com rótulo mais limpo.
 

Dióxido de silício disperso por ultra-sons: curva vermelha – sem tratamento; curva verde: após dispersão ultra-sónica

Vantagens da dispersão e esterilização simultâneas de pigmentos de tinta

1. A melhor qualidade de dispersão melhora o desempenho do revestimento
   Os pigmentos e as cargas formam frequentemente aglomerados que são difíceis de quebrar com energia mecânica insuficiente. A sonicação proporciona um cisalhamento intenso e direcionado, tornando-a altamente eficaz para a desaglomeração e redução do tamanho das partículas. Uma dispersão mais fina pode melhorar várias caraterísticas de desempenho do revestimento final, incluindo o desenvolvimento da cor, a opacidade, o brilho e a estabilidade a longo prazo.
2. A esterilização simultânea suporta a redução de biocidas
   Ao mesmo tempo, a cavitação ultra-sónica pode danificar as células microbianas presentes na fase líquida. Isto reduz a contaminação no fluxo do produto e ajuda a melhorar a estabilidade microbiana sem depender exclusivamente da preservação 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 objectivos-chave do processo num passo em linha simplifica a produção. Em vez de adicionar fases de tratamento separadas para dispersão e controlo microbiano, os produtores de revestimentos podem integrar ambos num processo de sonicação controlado. Isto reduz o manuseamento, apoia uma produção mais limpa e melhora a reprodutibilidade.

Porque é que o processamento sem biocidas está a ganhar importância

As exigências regulamentares, ambientais e de mercado estão a remodelar as estratégias de formulação
A mudança para revestimentos com baixo teor de biocidas e sem biocidas é impulsionada por vários factores industriais. Os quadros regulamentares estão a tornar-se mais rigorosos, as expectativas ambientais estão a aumentar e os clientes pedem produtos mais seguros e sustentáveis com menos substâncias preocupantes.
Neste contexto, as tecnologias de processos físicos ganham relevância estratégica. A sonicação é especialmente atractiva 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 gestores de produção, isto oferece vários benefícios:

• apoio a conceitos de produtos mais sustentáveis
• redução da dependência de conservantes convencionais
• melhoria da higiene dos processos
• posicionamento mais forte para a próxima geração de revestimentos de base aquosa

Porque é que os Sonicadores Hielscher são 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 o ajuste exato de parâmetros importantes do processo, tais como:

• amplitude
• Pressão
• caudal / tempo de permanência
• temperatura
• Entrada de energia

Esta precisão permite aos fabricantes otimizar a dispersão do pigmento, melhorando a qualidade da formulação e conseguindo uma redução microbiana reprodutível.

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

Células de fluxo pressurizáveis para sonicação intensificada

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

Suporte de células de fluxo pressurizáveis:

• tratamento ultrassónico intensificado
• desaglomeração mais eficaz
• maior eficiência do processo
• melhor desempenho em funcionamento contínuo

Para as instalações de revestimento industrial, isto significa que o tratamento por ultra-sons pode ser ajustado não só para a viabilidade à escala laboratorial, mas também para o rendimento real da produção e para 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 para o processamento em linha. Isto permite que os revestimentos à base de água sejam tratados continuamente 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 mais fácil nas instalações existentes
• redução da manipulação manual
• maior eficiência e consistência do processo

Para os fabricantes de revestimentos, isto torna a sonicação uma tecnologia de produção prática e não um método exclusivo de laboratório.

TiO2 seco por pulverização antes e depois da moagem por ultra-sons

Escalabilidade linear do laboratório à produção industrial

Os parâmetros do processo podem ser transferidos de forma fiável entre escalas
O aumento de escala é uma questão crítica no desenvolvimento de processos. Os sistemas ultra-sónicos da 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 de R&D à produção
• desempenho previsível com maior débito
• menor incerteza no aumento de escala

Fácil limpeza e conceção de processos higiénicos

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

A limpeza fácil ajuda os fabricantes:

• reduzir os riscos de contaminação no equipamento
• apoiar um controlo microbiano consistente
• reduzir os esforços de limpeza e manutenção
• melhorar a fiabilidade do processo ao longo de ciclos de produção repetidos

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

A tinta de giz sonicada no moinho demonstra a desaglomeração perfeitamente uniforme e a distribuição do tamanho das partículas dos pigmentos

Resultados reprodutíveis para 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 ópticas, a reologia, o prazo de validade e a estabilidade microbiológica devem permanecer consistentes de lote para lote e durante longos períodos de produção.

Os sonicadores Hielscher fornecem condições ultra-sónicas reprodutíveis que suportam:

• dispersão uniforme de pigmentos
• redução estável do tamanho das partículas
• tratamento microbiano consistente
• qualidade fiável do produto em todas as séries de produção

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

Sonicação como tecnologia estratégica para revestimentos modernos à base de água

A indústria de revestimentos está a avançar para formulações mais sustentáveis, com menos aditivos perigosos e mais robustas em termos de desempenho. A sonicação enquadra-se excecionalmente bem nesta direção, uma vez que aborda dois grandes desafios de produção em simultâneo: a necessidade de uma dispersão eficiente do pigmento e a necessidade de estabilidade microbiana.
Ao combinar estas funções num único passo do processo, a sonicação ajuda os fabricantes a simplificar a produção, a melhorar a qualidade do revestimento e a reduzir a dependência dos sistemas de preservação convencionais. Isto torna o tratamento ultrassónico altamente atrativo para tintas arquitectónicas, revestimentos industriais, dispersões funcionais, tintas de impressão e sistemas à base de água relacionados.
Os sonicadores Hielscher fornecem a plataforma industrial necessária para implementar esta estratégia na prática. O seu controlo preciso, células de fluxo pressurizáveis, capacidade em linha, escalabilidade linear, limpeza fácil e resultados reprodutíveis tornam-nos particularmente adequados para aplicações de revestimento exigentes.

Tirar partido da dispersão e esterilização por ultra-sons do revestimento

A esterilização sem biocidas e a dispersão de revestimentos à base de água utilizando a sonicação é uma abordagem altamente promissora para o fabrico moderno de tintas. A sonicação melhora a dispersão do pigmento, reduz a carga microbiana e suporta uma maior estabilidade do produto num processo integrado. Esta combinação é especialmente valiosa numa indústria que está sob pressão crescente para reduzir os conservantes, mantendo a elevada qualidade do produto e a 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, o design intensificado da célula de fluxo, a escalabilidade, a limpeza higiénica e o desempenho reprodutível fazem deles uma excelente escolha para a dispersão e esterilização simultâneas de pigmentos de tinta.

O quadro seguinte dá-lhe uma indicação da capacidade de processamento aproximada dos nossos ultra-sons:

Conceção, fabrico e consultoria – Qualidade fabricada na Alemanha

Os ultrassons Hielscher são conhecidos pelos seus elevados padrões de qualidade e design. A robustez e a facilidade de operação permitem a integração harmoniosa dos nossos ultrassons nas instalações industriais. As condições difíceis e os ambientes exigentes são facilmente controlados pelos ultrassons Hielscher.

A Hielscher Ultrasonics é uma empresa certificada pela ISO e dá especial ênfase aos ultrassons de alto desempenho com tecnologia de ponta e facilidade de utilização. Naturalmente, os ultrassons da Hielscher estão em conformidade com a CE e cumprem os requisitos da UL, CSA e RoHs.

Literatura / Referências