Стерилизация и диспергирование покрытий на водной основе без использования биоцидов

Покрытия на водной основе широко используются, поскольку они поддерживают рецептуры с низким содержанием летучих органических соединений, более безопасное обращение и устойчивое производство. В то же время содержание воды в них делает их весьма восприимчивыми к микробному загрязнению. Бактерии, дрожжи и плесени могут попасть в продукт через сырье, резервуары, трубопроводы, системы розлива или под воздействием окружающей среды во время производства и хранения. После загрязнения микроорганизмы могут быстро размножаться и нарушать качество продукта и срок его хранения.
Именно поэтому микробная стабильность является важнейшим фактором качества красок, покрытий, чернил и пигментных дисперсий на водной основе.

Соникация объединяет диспергирование пигментов и борьбу с микроорганизмами в одном промышленном процессе

Традиционно производители полагаются на консерванты и биоциды в баночках для борьбы с порчей. Однако растущее давление со стороны регулирующих органов и повышение спроса на более чистые составы заставляют искать альтернативы. Высокоинтенсивное озвучивание предлагает высокоэффективное решение, позволяя одновременно диспергировать и стерилизовать продукты за один технологический этап.
Для производителей покрытий это означает, что ультразвуковая обработка - это не только технология диспергирования. Это также мощный технологический инструмент для улучшения микробиологической стабильности, поддерживающий стратегии создания рецептур с низким содержанием биоцидов или без биоцидов.

Почему устойчивость микроорганизмов имеет решающее промышленное значение для красок на водной основе

Микробное загрязнение напрямую влияет на качество продукции и надежность технологического процесса: Устойчивость красок к микроорганизмам имеет большое промышленное значение, поскольку рост микроорганизмов может вызвать целый ряд дефектов продукции и производственных проблем. Составы на водной основе часто содержат органические ингредиенты, такие как связующие, диспергаторы, смачивающие агенты, загустители и пеногасители. Эти компоненты могут создавать благоприятную среду для роста микроорганизмов, если загрязнение попадает в процессе обработки или хранения.

В промышленной практике недостаточный микробный контроль может привести к:

• дрейф вязкости и изменение pH
• образование газа и разбухание контейнера
• неприятный запах и изменение цвета
• пониженная стабильность при хранении
• дефекты пленки и несовместимое поведение при нанесении
• увеличение частоты чистки и времени простоя, связанного с загрязнением

Микробная порча не только портит продукт. Она также может создать повторяющиеся гигиенические проблемы в резервуарах, трубах и контурах рециркуляции, что приведет к производственным потерям, переделкам, жалобам клиентов и расходам на утилизацию. По этой причине микробная стабильность не является второстепенным свойством. Это основное требование для коммерчески успешных покрытий на водной основе.

Как работает соникация в покрытиях на водной основе

Акустическая кавитация создает интенсивный сдвиг и разрушает микроорганизмы: Мощный ультразвук работает за счет акустической кавитации. Когда ультразвуковые волны проходят через жидкость, образуются, растут и лопаются микроскопические пузырьки. Эти кавитационные события генерируют высоко локализованные сдвиговые силы, турбулентность, изменения давления и микроструи.
В покрытиях на водной основе эти эффекты ценны тем, что одновременно воздействуют и на частицы, и на микроорганизмы. Пигментные агломераты эффективно разбиваются на более мелкие частицы, а микробные клетки механически повреждаются и инактивируются. Это делает соникацию особенно привлекательной для составов, где важны как качество дисперсии, так и устойчивость микроорганизмов.

Один этап процесса обеспечивает выполнение двух важнейших функций

Вместо того чтобы рассматривать диспергирование пигмента и борьбу с микроорганизмами как отдельные задачи, соникация объединяет их в одну операцию. Этот двойной эффект дает очевидное промышленное преимущество.

Та же ультразвуковая энергия, которая деагломерирует пигментные кластеры и равномерно распределяет частицы, может также уменьшить количество жизнеспособных микроорганизмов в покрытии. В результате ультразвуковая обработка способствует:

• Более тонкая и равномерная дисперсия пигмента
• Улучшенная прочность цвета и оптическая консистенция
• снижение микробного загрязнения в процессе обработки
• Улучшенная стабильность хранения продуктов на водной основе
• меньшая зависимость от консервантов и биоцидов в баночках

Это делает соникацию весьма актуальной для разработки более экологичных и чистых систем покрытия.
 

Ультразвуковая дисперсия диоксида кремния: красная кривая – без обработки; зеленая кривая: после ультразвукового диспергирования

Преимущества одновременного диспергирования и стерилизации красящих пигментов

1. Лучшее качество дисперсии улучшает качество покрытия
   Пигменты и наполнители часто образуют агломераты, которые трудно разрушить при недостаточной механической энергии. Соникация обеспечивает интенсивное и целенаправленное сдвиговое воздействие, что делает ее высокоэффективной для деагломерации и уменьшения размера частиц. Более тонкая дисперсия может улучшить несколько характеристик конечного покрытия, включая развитие цвета, непрозрачность, блеск и долгосрочную стабильность.
2. Одновременная стерилизация поддерживает снижение содержания биоцидов
   В то же время ультразвуковая кавитация может повреждать микробные клетки, находящиеся в жидкой фазе. Это уменьшает загрязнение в потоке продукта и помогает улучшить микробную стабильность, не полагаясь исключительно на химическую консервацию. Для производителей, стремящихся к созданию систем с низким содержанием биоцидов или без биоцидов, это является значительным технологическим преимуществом.
3. Интенсификация процессов снижает сложность
   Объединение двух ключевых целей процесса в одном поточном шаге упрощает производство. Вместо того чтобы добавлять отдельные стадии обработки для диспергирования и борьбы с микроорганизмами, производители покрытий могут объединить обе эти задачи в одном контролируемом процессе соникации. Это сокращает количество операций, поддерживает чистоту производства и улучшает воспроизводимость.

Почему обработка без использования биоцидов приобретает все большее значение

Нормативные, экологические и рыночные требования меняют стратегии разработки рецептур
Переход к использованию покрытий с низким содержанием биоцидов и без биоцидов обусловлен несколькими промышленными факторами. Нормативная база становится все более строгой, экологические требования растут, а клиенты требуют более безопасных и экологичных продуктов с меньшим количеством проблемных веществ.
В этом контексте технологии физических процессов приобретают стратегическую значимость. Сонирование особенно привлекательно тем, что оно не просто заменяет одну добавку другой. Оно представляет собой нехимический принцип обработки, который улучшает как дисперсию, так и микробную стабильность за счет механической энергии.

Для производителей и менеджеров по производству это дает несколько преимуществ:

• поддержка концепций более экологичных продуктов
• снижение зависимости от традиционных консервантов
• улучшение гигиены процесса
• Усиленное позиционирование для следующего поколения покрытий на водной основе

Почему звуковые аппараты Hielscher - лучшее решение для промышленного производства покрытий

Точный контроль для воспроизводимых условий обработки

Соникаторы Hielscher предназначены для управления промышленными процессами. При производстве покрытий необходим точный контроль параметров соникации, поскольку поведение рецептуры зависит от типа пигмента, содержания твердых частиц, вязкости, температуры, скорости потока и интенсивности обработки.

Системы Hielscher позволяют точно регулировать такие важные параметры процесса, как:

• амплитуда
• давление
• скорость потока / время пребывания
• температура
• Потребляемая энергия

Такая точность позволяет производителям оптимизировать дисперсию пигмента, улучшая качество рецептуры и добиваясь воспроизводимого снижения количества микроорганизмов.

СЭМ-изображения вегетативных клеток B. subtilis до (а) и после облучения ультразвуком в течение 30 мин (б), (в).
Исследование и изображение: © Hashimoto et al., 2020

Проточные кюветы под давлением для усиленной ультразвуковой обработки

Повышенное давление увеличивает интенсивность кавитации
Ключевым преимуществом технологии Hielscher является использование проточных реакторов, работающих под давлением. Давление оказывает сильное влияние на поведение кавитации. При повышенном давлении кавитация становится более интенсивной и эффективной, что особенно ценно для сложных дисперсий и непрерывной инактивации микроорганизмов.

Поддержка проточных камер под давлением:

• усиленная ультразвуковая обработка
• более эффективная деагломерация
• повышение эффективности процесса
• Повышенная производительность при длительной эксплуатации

Для промышленных установок по нанесению покрытий это означает, что ультразвуковая обработка может быть настроена не только на лабораторные условия, но и на реальную производительность и требования к продукции.

Поточная обработка для непрерывного производства

Соникация может быть интегрирована непосредственно в производственную линию
Соникаторы Hielscher очень хорошо подходят для поточной обработки. Это позволяет обрабатывать покрытия на водной основе непрерывно по мере их прохождения через производственную систему. Поточная обработка хорошо вписывается в промышленное производство, поскольку позволяет избежать ненужной обработки партий и может быть интегрирована в контуры передачи, системы рециркуляции или специальные технологические линии.

Поточная обработка дает очевидные эксплуатационные преимущества:

• непрерывное лечение в определенных условиях
• Простая интеграция в существующие установки
• сокращение ручного труда
• повышение эффективности и согласованности процессов

Для производителей покрытий это делает соникацию практической технологией производства, а не только лабораторным методом.

Распылительная сушка TiO2 до и после ультразвукового измельчения

Линейная масштабируемость от лаборатории до промышленного производства

Параметры процесса можно надежно передавать между шкалами
Масштабирование - важнейший вопрос при разработке технологических процессов. Ультразвуковые системы Hielscher разработаны для линейного масштабирования, что означает, что условия процесса, установленные в лабораторных или пилотных масштабах, могут быть систематически переведены на промышленное производство.
Это особенно важно для компаний, разрабатывающих инновационные покрытия с низким содержанием биоцидов, поскольку снижает риски при внедрении и помогает ускорить коммерциализацию.

К преимуществам линейной масштабируемости относятся:

• упрощение разработки процессов
• надежная передача из R&D в производство
• предсказуемая производительность при большой пропускной способности
• снижение неопределенности при масштабировании

Легкая очистка и гигиеничный технологический дизайн

Чистота имеет значение, когда целью является устойчивость микроорганизмов
Если контроль микроорганизмов является ключевой целью процесса, гигиена оборудования становится еще более важной. Соникаторы Hielscher разработаны для практичной промышленной очистки и простой интеграции в гигиенические технологические среды.

Легкая очистка помогает производителям:

• снижение риска загрязнения оборудования
• поддерживают постоянный микробный контроль
• сокращение времени на уборку и техническое обслуживание
• повышение надежности процесса в течение нескольких производственных циклов

В производстве покрытий на водной основе, где загрязнения могут сохраняться в резервуарах, мертвых зонах и системах перекачки, легко очищаемое ультразвуковое оборудование вносит непосредственный вклад в стабильность продукта и надежность работы.

Ультразвуковая меловая краска на гриндометре демонстрирует идеально равномерную деагломерацию и гранулометрическое распределение пигментов по размерам

Воспроизводимые результаты для обеспечения качества в промышленности

Последовательность важна для производителей покрытий
Промышленное производство красок требует высокой воспроизводимости результатов процесса. Оптические свойства, реология, срок хранения и микробиологическая стабильность должны оставаться неизменными от партии к партии и в течение длительных периодов производства.

Ультразвуковые аппараты Hielscher обеспечивают воспроизводимые ультразвуковые условия, которые поддерживают:

• равномерная дисперсия пигмента
• стабильное уменьшение размера частиц
• последовательная обработка микроорганизмами
• надежное качество продукции на всех этапах производства

Такая воспроизводимость важна для валидации процесса, обеспечения качества и промышленного внедрения ультразвуковых технологий.

Соникация как стратегическая технология для современных покрытий на водной основе

Индустрия лакокрасочных покрытий движется в сторону рецептур, которые являются более экологичными, содержат меньше вредных добавок и обладают более высокими эксплуатационными характеристиками. Соникация отлично вписывается в это направление, поскольку решает сразу две основные производственные задачи: необходимость эффективного диспергирования пигментов и устойчивость к микроорганизмам.
Сочетая эти функции в одном технологическом процессе, ультразвуковая обработка помогает производителям упростить производство, улучшить качество покрытия и снизить зависимость от традиционных систем консервации. Это делает ультразвуковую обработку весьма привлекательной для архитектурных красок, промышленных покрытий, функциональных дисперсий, чернил и смежных систем на водной основе.
Соникаторы Hielscher представляют собой промышленную платформу, необходимую для практической реализации этой стратегии. Точное управление, проточные камеры под давлением, возможность поточной установки, линейное масштабирование, легкая очистка и воспроизводимые результаты делают их особенно подходящими для сложных задач нанесения покрытий.

Воспользуйтесь преимуществами ультразвукового диспергирования и стерилизации покрытий

Стерилизация и диспергирование покрытий на водной основе без использования биоцидов с помощью соникации - весьма перспективный подход для современного производства красок. Соникация улучшает диспергирование пигментов, снижает микробную нагрузку и способствует повышению стабильности продукта в рамках одного комплексного процесса. Такое сочетание особенно ценно в отрасли, которая испытывает растущее давление в плане сокращения использования консервантов при сохранении высокого качества продукции и эффективности процесса.
Для производителей красок и покрытий на водной основе соникаторы Hielscher предлагают практичное и проверенное на практике решение. Управляемость процесса, интеграция в линию, усиленная конструкция проточной камеры, масштабируемость, гигиеническая чистота и воспроизводимые характеристики делают их отличным выбором для одновременного диспергирования и стерилизации красящих пигментов.

В таблице ниже приведена примерная производительность обработки наших ультразвуковых аппаратов:

Проектирование, производство и консалтинг – Качество «Сделано в Германии»

Ультразвуковые аппараты Hielscher хорошо известны своими высочайшими стандартами качества и дизайна. Надежность и простота в эксплуатации позволяют без проблем интегрировать наши ультразвуковые аппараты в промышленные объекты. Ультразвуковые аппараты Hielscher легко справляются с суровыми условиями и требовательными условиями окружающей среды.

Hielscher Ultrasonics является компанией, сертифицированной по стандарту ISO, и уделяет особое внимание высокопроизводительным ультразвуковым аппаратам, отличающимся самыми современными технологиями и удобством в использовании. Конечно, ультразвуковые аппараты Hielscher соответствуют требованиям CE и соответствуют требованиям UL, CSA и RoHs.

Литература / Литература