Redução ultra-sónica do tamanho da tinta (por exemplo, para jato de tinta)

A cavitação ultra-sónica é um meio eficaz para a dispersão e microtrituração (moagem húmida) de pigmentos de tinta. Os dispersores ultra-sónicos são utilizados com êxito na investigação, bem como no fabrico industrial de tintas de jato de tinta à base de UV, água ou solvente.

Tintas de jato de tinta nano-dispersas

Os ultra-sons são muito eficazes na redução do tamanho das partículas na gama de 500µm até cerca de 10nm.
Quando a ultrassonografia é utilizada para dispersar nanopartículas em tinta de jato de tinta, a gama de cores da tinta, a durabilidade e a qualidade de impressão podem ser substancialmente melhoradas. Por conseguinte, os ultrassons do tipo sonda são amplamente utilizados no fabrico de tintas de jato de tinta contendo nanopartículas, tintas especiais (por exemplo, tintas condutoras, tintas imprimíveis em 3D, tintas de tatuagem) e tintas.
 

Os gráficos abaixo mostram um exemplo de pigmentos pretos não-sonicados versus pigmentos pretos dispersos por ultra-sons em tinta de jato de tinta. O tratamento ultrassónico foi realizado com a sonda ultra-sónica UIP1000hdT. O resultado do tratamento ultrassónico é um tamanho de partícula visivelmente menor e uma distribuição de tamanho de partícula muito estreita.

A dispersão ultra-sónica resulta em pigmentos de tinta significativamente mais pequenos e mais uniformes. (gráfico verde: antes da sonicação – gráfico vermelho: após sonicação)

Como é que a dispersão ultra-sónica melhora a qualidade da tinta de jato de tinta?

Os ultrassons de alta intensidade são altamente eficientes para a dispersão, redução de tamanho e distribuição uniforme de nanopartículas.
Isto significa que a dispersão de nanopartículas com ultra-sons na tinta de jato de tinta pode melhorar o seu desempenho e durabilidade. As nanopartículas são partículas muito pequenas, com tamanhos entre 1 e 100 nanómetros, e têm propriedades únicas que podem melhorar a tinta de jato de tinta de várias formas.

• Em primeiro lugar, as nanopartículas podem melhorar a gama de cores da tinta de jato de tinta, que se refere à gama de cores que podem ser produzidas. Quando as nanopartículas são uniformemente dispersas com um ultrassom de tipo sonda, a tinta apresenta cores mais vivas e saturadas. Isto deve-se ao facto de as nanopartículas poderem dispersar e refletir a luz de uma forma que os corantes e pigmentos tradicionais não conseguem, conduzindo a uma melhor reprodução das cores.
• Em segundo lugar, as nanopartículas dispersas de forma homogénea podem aumentar a resistência da tinta de jato de tinta ao desvanecimento, à água e às manchas. Isto deve-se ao facto de as nanopartículas poderem ligar-se mais fortemente ao papel ou a outro substrato, criando uma imagem mais durável e de maior duração. Além disso, as nanopartículas podem evitar que a tinta escorra para o papel, o que pode causar manchas e reduzir a nitidez da imagem impressa.
• Por último, as nanopartículas dispersas por ultra-sons podem também melhorar a qualidade de impressão e a resolução da tinta de jato de tinta. Os dispersores ultra-sónicos são excecionalmente eficientes quando se trata de moer e misturar nanopartículas em líquidos. Ao utilizar partículas mais pequenas, a tinta pode criar linhas mais finas e precisas, resultando em imagens mais nítidas e claras. Isto é particularmente importante em aplicações como a impressão fotográfica de alta qualidade e a impressão de belas artes.

Controlo dos parâmetros do processo e dos resultados da dispersão

O tamanho das partículas e a distribuição do tamanho das partículas dos pigmentos de tinta afectam muitas caraterísticas do produto, como o poder de tingimento ou a qualidade de impressão. No que diz respeito à impressão a jato de tinta, uma pequena quantidade de partículas maiores pode levar à instabilidade da dispersão, à sedimentação ou à falha do bocal do jato de tinta. Por este motivo, é importante para a qualidade da tinta de jato de tinta ter um bom controlo sobre o processo de redução de tamanho utilizado na produção.

Processamento em linha de nano-dispersões para tintas de jato de tinta

Os reactores ultra-sónicos Hielscher são normalmente utilizados em linha. A tinta de jato de tinta é bombeada para o recipiente do reator. Aí é exposta à cavitação ultra-sónica a uma intensidade controlada. O tempo de exposição é o resultado do volume do reator e da taxa de alimentação do material. A sonicação em linha elimina o by-pass porque todas as partículas passam pela câmara do reator seguindo um caminho definido. Uma vez que todas as partículas são expostas a parâmetros de ultra-sons idênticos durante o mesmo tempo em cada ciclo, a ultra-sons normalmente estreita e desloca a curva de distribuição em vez de a alargar. A dispersão ultra-sónica produz distribuições de tamanho de partículas relativamente simétricas. Geralmente, a cauda direita – uma inclinação negativa da curva causada por uma deslocação para os materiais grosseiros ("cauda" à direita) – não pode ser observado em amostras sonicadas.

Dispersão sob temperaturas controladas: Arrefecimento do processo

Para veículos sensíveis à temperatura, a Hielscher oferece reactores de célula de fluxo encamisados para todos os dispositivos laboratoriais e industriais. Ao arrefecer as paredes internas do reator, o calor do processo pode ser dissipado eficazmente.

As imagens abaixo mostram o pigmento negro de fumo disperso com a sonda ultra-sónica UIP1000hdT em tinta UV.

A dispersão ultra-sónica assegura uma redução eficaz do tamanho das partículas e uma distribuição uniforme dos pigmentos de negro de fumo na tinta UV.

Dispersão e desaglomeração de tintas de jato de tinta a qualquer escala

A Hielscher fabrica equipamento de dispersão por ultra-sons para o processamento de tintas em qualquer volume. Os homogeneizadores ultra-sónicos de laboratório são utilizados para volumes de 1,5 ml a cerca de 2 litros e são ideais para a fase de I&D das formulações de tintas, bem como para testes de qualidade. Além disso, os testes de viabilidade em laboratório permitem selecionar com precisão a dimensão do equipamento necessário para a produção comercial.
Os dispersores ultra-sónicos industriais são utilizados na produção de lotes de 0,5 a cerca de 2000L ou de caudais de 0,1L a 20m³ por hora. Diferente de outras tecnologias de dispersão e moagem, ultrassom pode ser escalado facilmente uma vez que todos os parâmetros importantes do processo pode ser escalado linearmente.

A tabela abaixo mostra as recomendações gerais para ultrassons, dependendo do volume do lote ou do caudal a processar.

 
Como funcionam os dispersores ultra-sónicos? – O princípio de funcionamento da cavitação acústica
A cavitação ultra-sónica é um processo que utiliza ondas sonoras de alta frequência para gerar pequenas bolhas de gás num líquido. Quando as bolhas são sujeitas a alta pressão, podem colapsar ou implodir, libertando uma explosão de energia. Esta energia pode ser utilizada para dispersar partículas no líquido, quebrando-as em tamanhos mais pequenos.
Na cavitação ultra-sónica, as ondas sonoras são geradas por um transdutor ultrassónico, que é tipicamente montado numa sonda ou corno. O transdutor converte a energia eléctrica em energia mecânica sob a forma de ondas sonoras, que são então transmitidas para o líquido através da sonda ou do corno. Quando as ondas sonoras atingem o líquido, criam ondas de alta pressão que podem provocar a implosão das bolhas de gás.
Existem várias aplicações potenciais para a cavitação ultra-sónica em processos de dispersão, incluindo a produção de emulsões, a dispersão de pigmentos e cargas, e a desaglomeração de partículas. A cavitação ultra-sónica pode ser uma forma eficaz de dispersar partículas porque pode gerar forças de cisalhamento elevadas e a entrada de energia, bem como outros parâmetros importantes do processo, como a temperatura e a pressão, podem ser controlados com precisão, tornando possível adaptar o processo às necessidades específicas da aplicação. Este controlo preciso do processo é uma das principais vantagens da sonicação, uma vez que é possível produzir produtos de alta qualidade de forma fiável e reprodutível e evitar qualquer degradação indesejada das partículas ou do líquido.

Robusto e fácil de limpar

Um reator de ultra-sons é constituído pelo recipiente do reator e pelo sonotrodo de ultra-sons. Esta é a única peça que está sujeita a desgaste e pode ser facilmente substituída em poucos minutos. As flanges de desacoplamento de oscilação permitem a montagem do sonotrodo em recipientes pressurizáveis abertos ou fechados ou em células de fluxo em qualquer orientação. Não são necessários rolamentos. Os reactores de células de fluxo são geralmente feitos de aço inoxidável e têm geometrias simples, podendo ser facilmente desmontados e limpos. Não existem pequenos orifícios ou cantos escondidos.

Máquina de limpeza por ultra-sons no local

A intensidade ultra-sónica utilizada para aplicações de dispersão é muito superior à da limpeza ultra-sónica típica. Por conseguinte, a potência ultra-sónica pode ser utilizada para auxiliar a limpeza durante a lavagem e o enxaguamento, uma vez que a cavitação ultra-sónica remove partículas e resíduos líquidos do sonotrodo e das paredes da célula de fluxo.