A cavitação ultra-sônica é um meio eficaz para a dispersão e micromoagem (moagem úmida) de pigmentos de tinta. Os dispersores ultrassônicos são usados com sucesso em pesquisas, bem como na fabricação industrial de tintas a jato de tinta à base de UV, água ou solvente.

Tintas a jato de tinta nanodispersas

O ultrassom é muito eficaz na redução de tamanho de partículas na faixa de 500μm até aprox. 10nm.
Quando a ultrasonicação é usada para dispersar nanopartículas em tinta jato de tinta, a gama de cores da tinta, a durabilidade e a qualidade de impressão podem ser substancialmente melhoradas. Portanto, os ultrasonicators do tipo sonda são amplamente utilizados na fabricação de tintas 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 ultrassonicamente dispersos em tinta jato de tinta. O tratamento ultra-sônico foi realizado com a sonda ultra-sônica UIP1000hdT. O resultado do tratamento ultra-sônico é um tamanho de partícula visivelmente menor e uma distribuição de tamanho de partícula muito estreita.

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

Como a dispersão ultra-sônica melhora a qualidade da tinta jato de tinta?

Ultrasonicators de alta intensidade são altamente eficientes para a dispersão, redução de tamanho e distribuição uniforme de nanopartículas.
Isso significa que a incorporação de nanopartículas com ultrassom em tinta jato de tinta pode melhorar seu desempenho e durabilidade. As nanopartículas são partículas muito pequenas com tamanhos na faixa de 1 a 100 nanômetros e têm propriedades únicas que podem melhorar a tinta do jato de tinta de várias maneiras.

• Em primeiro lugar, as nanopartículas podem melhorar a gama de cores da tinta jato de tinta, que se refere à gama de cores que podem ser produzidas. Quando as nanopartículas são uniformemente dispersas com um ultrasonicator do tipo sonda, a tinta exibe, consequentemente, cores mais vivas e saturadas. Isso ocorre porque as nanopartículas podem se espalhar e refletir a luz de maneiras que os corantes e pigmentos tradicionais não podem, levando a uma melhor reprodução de cores.
• Em segundo lugar, nanopartículas homogeneamente dispersas podem aumentar a resistência da tinta jato de tinta ao desbotamento, água e borrões. Isso ocorre porque as nanopartículas podem se ligar mais fortemente ao papel ou outro substrato, criando uma imagem mais durável e duradoura. Além disso, as nanopartículas podem impedir que a tinta sangre no papel, o que pode causar manchas e reduzir a nitidez da imagem impressa.
• Por fim, as nanopartículas ultrassonicamente dispersas também podem melhorar a qualidade de impressão e a resolução da tinta jato de tinta. Os dispersores ultra-sônicos são excepcionalmente eficientes quando se trata de fresar e misturar nanopartículas em líquidos. Usando partículas menores, a tinta pode criar linhas mais finas e precisas, resultando em imagens mais nítidas e claras. Isso é particularmente importante em aplicações como impressão de fotos de alta qualidade e impressão de belas artes.

Controle sobre os parâmetros do processo e os resultados da dispersão

O tamanho de partícula e a distribuição de tamanho de partícula de pigmentos de tinta afetam muitas características do produto, como a resistência à coloração ou a qualidade de impressão. Quando se trata de impressão a jato de tinta, uma pequena quantidade de partículas maiores pode levar à instabilidade da dispersão, sedimentação ou falha no jato de jato de tinta. Por este motivo, é importante que a qualidade da tinta do jato de tinta tenha um bom controle sobre o processo de redução de tamanho utilizado na produção.

Processamento em linha de nanodispersões para tintas a jato de tinta

Os reatores ultrassônicos Hielscher são comumente usados em linha. A tinta do jato de tinta é bombeada para o vaso do reator. Lá é exposto à cavitação ultra-sônica em intensidade controlada. O tempo de exposição é resultado do volume do reator e da taxa de alimentação do material. A sonicação em linha elimina a passagem porque todas as partículas passam pela câmara do reator seguindo um caminho definido. Como todas as partículas são expostas a parâmetros de sonicação idênticos pelo mesmo tempo durante cada ciclo, a ultrasonicação normalmente estreita e desloca a curva de distribuição em vez de ampliá-la. A dispersão ultra-sônica produz distribuições de tamanho de partícula relativamente simétricas. Geralmente, cauda direita – uma inclinação negativa da curva causada por um deslocamento para os materiais grosseiros ("cauda" à direita) – não pode ser observada em amostras sonicadas.

Dispersão sob Temperaturas Controladas: Resfriamento do Processo

Para veículos sensíveis à temperatura, Hielscher oferece reactores célula de fluxo encamisados ​​para todos laboratório e dispositivos industriais. Por arrefecimento das paredes do reactor interno, calor de processo pode ser dissipado de forma eficaz.

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

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

Dispersão e desaglomeração de tintas jato de tinta em qualquer escala

Hielscher faz equipamentos de dispersão ultra-sônica para o processamento de tintas em qualquer volume. Os homogeneizadores de laboratório ultrassônicos são usados para volumes de 1,5 mL a aprox. 2L e são ideais para o estágio de P + D de formulações de tinta, bem como para testes de qualidade. Além disso, os testes de viabilidade no laboratório permitem selecionar o tamanho do equipamento necessário para a produção comercial com precisão.
Dispersores ultra-sônicos industriais são usados na produção de lotes de 0,5 a aproximadamente 2000L ou vazões de 0,1L a 20m³ por hora. Diferente de outras tecnologias de dispersão e fresamento, a ultrassonografia pode ser ampliada facilmente, uma vez que todos os parâmetros importantes do processo podem ser dimensionados linearmente.

A tabela abaixo mostra as recomendações gerais do ultrasonicator, dependendo do volume do lote ou da taxa de fluxo a ser processada.

 
Como funciona os dispersores ultra-sônicos? – O Princípio de Trabalho da Cavitação Acústica
A cavitação ultra-sônica é um processo que usa ondas sonoras de alta frequência para gerar pequenas bolhas de gás em um líquido. Quando as bolhas são submetidas a alta pressão, elas podem entrar em colapso, ou implodir, liberando uma explosão de energia. Essa energia pode ser usada para dispersar partículas no líquido, quebrando-as em tamanhos menores.
Na cavitação ultra-sônica, as ondas sonoras são geradas por um transdutor ultra-sônico, que normalmente é montado em uma sonda ou buzina. O transdutor converte energia elétrica em energia mecânica na forma de ondas sonoras, que são então transmitidas para o líquido através da sonda ou buzina. Quando as ondas sonoras atingem o líquido, elas criam ondas de alta pressão que podem fazer com que as bolhas de gás implodam.
Existem várias aplicações potenciais para a cavitação ultra-sônica em processos de dispersão, incluindo a produção de emulsões, a dispersão de pigmentos e cargas e a desaglomeração de partículas. A cavitação ultra-sônica pode ser uma maneira eficaz de dispersar partículas porque pode gerar altas forças de cisalhamento e entrada de energia, bem como outros parâmetros importantes do processo, como temperatura e pressão, podem ser controlados com precisão, tornando possível adaptar o processo às necessidades específicas da aplicação. Este controle de processo preciso é uma das vantagens proeminentes da sonicação, pois produtos de alta qualidade podem ser confiáveis e produzidos de forma reprodutível e qualquer degradação indesejada de partículas ou líquidos é evitada.

Robusto e fácil de limpar

Um reator ultra-sônico consiste no vaso do reator e no sonotrodo ultra-sônico. Esta é a única peça que está sujeita a desgaste e pode ser facilmente substituída em poucos minutos. Os flanges de desacoplamento de oscilação permitem montar o sonotrodo em recipientes pressurizáveis abertos ou fechados ou células de fluxo em qualquer orientação. Não são necessários rolamentos. Os reatores de células de fluxo são geralmente feitos de aço inoxidável e têm geometrias simples e podem ser facilmente desmontados e eliminados. Não há pequenos orifícios ou cantos escondidos.

Cleaner Ultrasonic in Place

A intensidade ultra-sônica usada para aplicações de dispersão é muito maior do que para a limpeza ultra-sônica típica. Portanto, o poder ultra-sônico pode ser usado para auxiliar a limpeza durante a lavagem e enxágue, pois a cavitação ultra-sônica remove partículas e resíduos líquidos do sonotrodo e das paredes celulares de fluxo.