Cavitația cu ultrasunete este un mijloc eficient pentru dispersarea și microgrinding (frezare umedă) a pigmenților de cerneală. Dispersoare cu ultrasunete sunt utilizate cu succes în cercetare, precum și în fabricarea industrială a CERNELURILOR cu jet de cerneală pe bază de UV, apă sau solvenți.

Cerneluri cu jet de cerneală nano-dispersate

Ultrasunetele sunt foarte eficiente în reducerea dimensiunii particulelor în intervalul de la 500μm până la aproximativ 10nm.
Când ultrasonication este utilizat pentru a dispersa nanoparticule în cerneală cu jet de cerneală, gama de culoare cerneală, durabilitate, și calitatea imprimării pot fi îmbunătățite substanțial. Prin urmare, ultrasonicators de tip sondă sunt utilizate pe scară largă în fabricarea de cerneluri cu jet de cerneală care conțin nanoparticule, cerneluri de specialitate (de exemplu, cerneluri conductoare, cerneluri imprimabile 3D, cerneluri pentru tatuaje) și vopsele.
 

Graficele de mai jos arată un exemplu pentru pigmenți negri non-sonicați vs dispersați ultrasonically în cerneală cu jet de cerneală. Tratamentul cu ultrasunete a fost efectuat cu sonda cu ultrasunete UIP1000hdT. Rezultatul tratamentului cu ultrasunete este o dimensiune vizibil mai mică a particulelor și o distribuție foarte îngustă a dimensiunii particulelor.

Dispersia cu ultrasunete duce la pigmenți de cerneală semnificativ mai mici și mai uniforme. (grafic verde: înainte de sonicare – grafic roșu: după sonicare)

Cum dispersia cu ultrasunete îmbunătăți calitatea cernelii cu jet de cerneală?

Ultrasonicators de mare intensitate sunt extrem de eficiente pentru dispersia, reducerea dimensiunii și distribuția uniformă a nanoparticulelor.
Acest lucru înseamnă că ispersing nanoparticule cu ultrasunete în cerneală cu jet de cerneală poate îmbunătăți performanța și durabilitatea. Nanoparticulele sunt particule foarte mici, cu dimensiuni cuprinse între 1 și 100 nanometri și au proprietăți unice care pot îmbunătăți cerneala cu jet de cerneală în mai multe moduri.

• În primul rând, nanoparticulele pot îmbunătăți gama de culori a cernelii cu jet de cerneală, care se referă la gama de culori care pot fi produse. Când nanoparticulele sunt dispersate uniform cu un ultrasonicator de tip sondă, cerneala prezintă, prin urmare, culori mai vii și saturate. Acest lucru se datorează faptului că nanoparticulele pot împrăștia și reflecta lumina în moduri în care coloranții și pigmenții tradiționali nu pot, ceea ce duce la o reproducere îmbunătățită a culorilor.
• În al doilea rând, nanoparticulele dispersate omogen pot crește rezistența cernelii cu jet de cerneală la decolorare, apă și smudging. Acest lucru se datorează faptului că nanoparticulele se pot lega mai puternic cu hârtia sau cu alt substrat, creând o imagine mai durabilă și mai durabilă. În plus, nanoparticulele pot împiedica cerneala să sângereze în hârtie, ceea ce poate provoca smudging și poate reduce claritatea imaginii imprimate.
• În cele din urmă, nanoparticulele dispersate ultrasonically pot îmbunătăți, de asemenea, calitatea imprimării și rezoluția cernelii cu jet de cerneală. Dispersoarele cu ultrasunete sunt extrem de eficiente atunci când vine vorba de frezarea și amestecarea nanoparticulelor în lichide. Prin utilizarea particulelor mai mici, cerneala poate crea linii mai fine și mai precise, rezultând imagini mai clare și mai clare. Acest lucru este deosebit de important în aplicații precum imprimarea foto de înaltă calitate și imprimarea prin artă plastică.

Controlul asupra parametrilor de proces și a rezultatelor dispersiei

Dimensiunea particulelor și distribuția dimensiunilor particulelor de pigmenți de cerneală afectează multe caracteristici ale produsului, cum ar fi rezistența la tentativă sau calitatea imprimării. Când vine vorba de imprimarea cu jet de cerneală, o mică cantitate de particule mai mari poate duce la instabilitate de dispersie, sedimentare sau jet de jet de cerneală. Din acest motiv, este important ca calitatea cernelei cu jet de cerneală să aibă un control bun asupra procesului de reducere a dimensiunilor utilizat în producție.

Procesarea inline a nano-dispersiilor pentru cernelurile cu jet de cerneală

Reactoare cu ultrasunete Hielscher sunt frecvent utilizate în linie. Cerneala cu jet de cerneală este pompată în vasul reactorului. Acolo este expus la cavitație cu ultrasunete la o intensitate controlată. Timpul de expunere este rezultatul volumului reactorului și al ratei de alimentare a materialelor. Sonicare inline elimină by-passing, deoarece toate particulele trec camera reactorului urmând o cale definită. Deoarece toate particulele sunt expuse la parametri identici sonicare pentru același timp în timpul fiecărui ciclu, Ultrasonication de obicei îngustează și schimbă curba de distribuție, mai degrabă decât lărgirea acesteia. Dispersia cu ultrasunete produce distribuții relativ simetrice dimensiunea particulelor. În general, decantare dreapta – o înclinare negativă a curbei cauzată de o trecere la materialele grosiere ("coada" din dreapta) – nu pot fi observate la probele de sonicate.

Dispersie la temperaturi controlate: Procesul de răcire

Pentru vehiculele sensibile la temperatură, Hielscher ofera reactoare de celule de flux pentru toate manta de laborator și dispozitive industriale. Prin răcirea pereților reactorului intern, căldură proces poate fi disipată în mod eficient.

Imaginile de mai jos arată pigment negru de fum dispersat cu sonda cu ultrasunete UIP1000hdT în cerneală UV.

Dispersia cu ultrasunete asigură o reducere eficientă a dimensiunii particulelor și distribuția uniformă a pigmenților negri de fum în cerneală UV.

Dispersarea și deaglomerarea cernelurilor cu jet de cerneală la orice scară

Hielscher face echipamente de dispersie cu ultrasunete pentru prelucrarea cernelurilor la orice volum. Omogenizatoare de laborator cu ultrasunete sunt utilizate pentru volume de la 1.5mL la aproximativ 2L și sunt ideale pentru stadiul R + D de formulări de cerneală, precum și pentru teste de calitate. În plus, testul de fezabilitate în laborator permite selectarea cu precizie a dimensiunii necesare a echipamentului pentru producția comercială.
Dispersoare cu ultrasunete industriale sunt utilizate în producția pentru loturi de la 0,5 la aproximativ 2000L sau debite de la 0,1L la 20m³ pe oră. Diferit de alte tehnologii de dispersie și frezare, Ultrasonication poate fi scalate cu ușurință, deoarece toți parametrii importanți ai procesului pot fi scalați liniar.

Tabelul de mai jos prezintă recomandări generale ultrasonicator în funcție de volumul lotului sau debitul care urmează să fie prelucrate.

 
Cum funcționează dispersoarele cu ultrasunete? – Principiul de lucru al cavitației acustice
Cavitația cu ultrasunete este un proces care utilizează undele sonore de înaltă frecvență pentru a genera bule mici de gaz într-un lichid. Când bulele sunt supuse unei presiuni ridicate, ele se pot prăbuși sau implozie, eliberând o explozie de energie. Această energie poate fi utilizată pentru a dispersa particulele din lichid, descompunându-le în dimensiuni mai mici.
În cavitație cu ultrasunete, undele sonore sunt generate de un traductor cu ultrasunete, care este de obicei montat pe o sondă sau corn. Traductorul transformă energia electrică în energie mecanică sub formă de unde sonore, care sunt apoi transmise în lichid prin sondă sau corn. Când undele sonore ajung la lichid, ele creează unde de înaltă presiune care pot provoca bulele de gaz să facă implozie.
Există mai multe aplicații potențiale pentru cavitație cu ultrasunete în procesele de dispersie, inclusiv producția de emulsii, dispersia pigmenților și materiale de umplutură, și deaglomerarea particulelor. Cavitația cu ultrasunete poate fi o modalitate eficientă de a dispersa particulele, deoarece poate genera forțe de forfecare ridicate și intrare de energie, precum și alți parametri importanți de proces, cum ar fi temperatura și presiunea pot fi controlate cu precizie, făcând posibilă adaptarea procesului la nevoile specifice ale aplicației. Acest control precis al procesului este unul dintre avantajele proeminente ale sonicare ca produse de înaltă calitate pot fi produse fiabile și reproductibil produse și orice degradare nedorită a particulelor sau lichidului este evitată.

Robust și ușor de curățat

Un reactor cu ultrasunete constă din vasul reactorului și sonotrodul cu ultrasunete. Aceasta este singura parte, care este supusă uzurii și poate fi ușor înlocuită în câteva minute. Flanșele de decuplare-oscilație permit montarea sonotrodului în recipiente presurizabile deschise sau închise sau celule de flux în orice orientare. Nu sunt necesare rulmenți. Reactoarele cu celule de flux sunt, în general, fabricate din oțel inoxidabil și au geometrii simple și pot fi ușor dezasamblate și șterse. Nu există orificii mici sau colțuri ascunse.

Cleaner cu ultrasunete în loc

Intensitatea cu ultrasunete utilizate pentru aplicații de dispersie este mult mai mare decât pentru curățarea cu ultrasunete tipic. Prin urmare, puterea cu ultrasunete poate fi utilizată pentru a ajuta la curățarea în timpul spălării și clătirii, deoarece cavitația cu ultrasunete elimină particulele și reziduurile lichide din sonotrode și din pereții celulelor de flux.