Reducerea dimensiunii cu ultrasunete a cernelii (de exemplu, pentru jet de cerneală)

Cavitația cu ultrasunete este un mijloc eficient pentru dispersarea și microgrindarea (măcinarea 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 UV-, pe bază de apă sau solvent.

Cerneluri nano-dispersate cu jet de cerneală

Ecografia este foarte eficientă în reducerea dimensiunii particulelor în intervalul de la 500μm până la aproximativ 10nm.
Atunci când ultrasonication este utilizat pentru a dispersa nanoparticule în cerneală cu jet de cerneală, gama de culori cerneală, durabilitate, și calitatea imprimării poate fi îmbunătățită substanțial. Prin urmare, ultrasonicators tip sondă sunt utilizate pe scară largă în fabricarea de cerneluri cu jet de cerneală care conțin nanoparticule, cerneluri speciale (de exemplu, cerneluri conductive, cerneluri imprimabile 3D, cerneluri pentru tatuaje) și vopsele.
 

Graficele de mai jos prezintă un exemplu pentru pigmenți negri non-sonicați vs ultrasonically dispersați 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 are ca rezultat pigmenți de cerneală semnificativ mai mici și mai uniforme. (grafic verde: înainte de sonicare – Grafic roșu: după sonicare)

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

Ultrasonicators de înaltă intensitate sunt extrem de eficiente pentru dispersia, reducerea dimensiunii și distribuția uniformă a nanoparticulelor.
Aceasta înseamnă că izoversarea nanoparticulelor cu ultrasunete în cerneală cu jet de cerneală poate îmbunătăți performanța și durabilitatea acesteia. 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. Atunci când nanoparticulele sunt dispersate uniform cu un ultrasonicator de tip sondă, cerneala prezintă, în consecință, 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 murdărie. 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 preveni sângerarea cernelii în hârtie, ceea ce poate cauza pătarea și 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 măcinarea și amestecarea nanoparticulelor în lichide. Prin utilizarea unor particule 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 fotografiilor de înaltă calitate și imprimarea de artă plastică.

Controlul asupra parametrilor procesului și a rezultatelor dispersiei

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

Prelucrarea în linie a nano-dispersiilor pentru cernelurile cu jet de cerneală

Hielscher reactoare cu ultrasunete 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 vitezei de alimentare cu material. Sonicare inline elimină bypass-ul, deoarece toate particulele trec camera reactorului urmând o cale definită. Deoarece toate particulele sunt expuse la parametri identici de 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 ale dimensiunii particulelor. În general, coada dreaptă – o înclinare negativă a curbei cauzată de o deplasare la materialele grosiere ("coada" din dreapta) – nu pot fi observate la probele sonicate.

Dispersie la temperaturi controlate: răcirea procesului

Pentru vehiculele sensibile la temperatură, Hielscher oferă reactoare cu celule de flux cu manta pentru toate dispozitivele de laborator și industriale. Prin răcirea pereților interni ai reactorului, căldura de proces poate fi disipată 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 o distribuție uniformă a pigmenților negri de fum în cerneală UV.

Dispersarea și dezaglomerarea cernelurilor inkjet 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 etapa 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 echipamentului necesar pentru producția comercială.
Dispersoare industriale cu ultrasunete 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 dispersare și frezare, ultrasonication poate fi scalat 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 procesat.

 
Cum funcționează dispersoarele cu ultrasunete? – Principiul de lucru al cavitației acustice
Cavitația cu ultrasunete este un proces care utilizează unde 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 pot face implozie, eliberând o explozie de energie. Această energie poate fi utilizată pentru a dispersa particulele în lichid, descompunându-le în dimensiuni mai mici.
În cavitația 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 implozia bulelor de gaz.
Există mai multe aplicații potențiale pentru cavitație cu ultrasunete în procesele de dispersie, inclusiv producția de emulsii, dispersia pigmenților și umpluturilor și dezaglomerarea particulelor. Cavitația cu ultrasunete poate fi o modalitate eficientă de dispersare a particulelor, deoarece poate genera forțe mari de forfecare și intrare de energie, precum și alți parametri importanți ai procesului, ar fi temperatura și presiunea, pot fi controlați cu precizie, făcând posibilă adaptarea procesului la nevoile specifice ale aplicației. Acest control precis al procesului este unul dintre avantajele proeminente ale sonicare, deoarece produsele de înaltă calitate pot fi produse în mod fiabil și reproductibil și se evită orice degradare nedorită a particulelor sau lichidelor.

Robust și ușor de curățat

Un reactor cu ultrasunete constă din vasul reactorului și sonotrodul cu ultrasunete. Aceasta este singura piesă care este supusă uzurii și poate fi înlocuită cu ușurință în câteva minute. Flanșele de decuplare a oscilațiilor permit montarea sonotrodei în recipiente presurizabile deschise sau închise sau celule de flux în orice orientare. Nu sunt necesari 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.

Curățitor cu ultrasunete în loc

Intensitatea ultrasonică utilizată pentru dispersarea aplicațiilor este mult mai mare decât pentru curățarea tipică cu ultrasunete. Prin urmare, puterea cu ultrasunete poate fi utilizată pentru a ajuta la curățare în timpul spălării și clătirii, deoarece cavitația cu ultrasunete elimină particulele și reziduurile lichide din sonotrode și din pereții celulelor de curgere.