Ультразвуковое уменьшение размера чернил (например, для струйной печати)

Ультразвуковая кавитация является эффективным средством для диспергирования и микроизмельчения (мокрого измельчения) пигментов чернил. Ультразвуковые диспергаторы успешно используются в научных исследованиях, а также в промышленном производстве струйных чернил на основе УФ-лучей, воды или растворителей.

Нанодисперсионные чернила для струйной печати

Ультразвук очень эффективен для уменьшения размера частиц в диапазоне от 500 мкм до ок. 10 нм.
При использовании ультразвука для диспергирования наночастиц в чернилах для струйной печати цветовая гамма чернил, долговечность и качество печати могут быть значительно улучшены. Таким образом, ультразвуковые аппараты зондового типа широко используются в производстве струйных чернил, содержащих наночастицы, специальных чернил (например, проводящих чернил, чернил для 3D-печати, чернил для татуировок) и красок.
 

На графиках ниже показан пример неультразвуковых и ультразвуковых черных пигментов в чернилах для струйной печати. Ультразвуковое лечение проводилось ультразвуковым зондом UIP1000hdT. Результатом ультразвуковой обработки является заметно меньший размер частиц и очень узкое распределение частиц по размерам.

Ультразвуковая дисперсия приводит к значительному уменьшению размеров и получению более однородных пигментов чернил. (Зеленый график: до ультразвука – Красный график: после ультразвуковой обработки)

Как ультразвуковая дисперсия улучшает качество чернил для струйной печати?

Высокоинтенсивные ультразвуковые аппараты обладают высокой эффективностью для диспергирования, уменьшения размера и равномерного распределения наночастиц.
Это означает, что проникновение наночастиц ультразвуком в чернила для струйной печати может повысить их производительность и долговечность. Наночастицы — это очень мелкие частицы с размерами в диапазоне от 1 до 100 нанометров, и они обладают уникальными свойствами, которые могут улучшить струйные чернила несколькими способами.

• Во-первых, наночастицы могут улучшить цветовую гамму чернил для струйной печати, которая относится к диапазону цветов, которые могут быть получены. Когда наночастицы равномерно диспергируются с помощью ультразвукового аппарата зондового типа, чернила приобретают более яркие и насыщенные цвета. Это связано с тем, что наночастицы могут рассеивать и отражать свет так, как это не могут сделать традиционные красители и пигменты, что приводит к улучшению цветопередачи.
• Во-вторых, однородно диспергированные наночастицы могут повысить устойчивость струйных чернил к выцветанию, воде и размазыванию. Это связано с тем, что наночастицы могут прочнее связываться с бумагой или другой подложкой, создавая более прочное и долговечное изображение. Кроме того, наночастицы могут предотвратить попадание чернил на бумагу, что может привести к размазыванию и снижению резкости напечатанного изображения.
• Наконец, ультразвуковые наночастицы также могут улучшить качество печати и разрешение струйных чернил. Ультразвуковые диспергаторы исключительно эффективны при измельчении и смешивании наночастиц в жидкостях. Используя более мелкие частицы, чернила могут создавать более тонкие и точные линии, что приводит к более четким и четким изображениям. Это особенно важно в таких областях, как высококачественная фотопечать и художественная печать.

Контроль параметров процесса и результатов диспергирования

Размер частиц и распределение частиц чернильных пигментов по размерам влияют на многие характеристики продукта, такие как прочность колеровки или качество печати. Когда дело доходит до струйной печати, небольшое количество более крупных частиц может привести к нестабильности дисперсии, осаждению или выходу из строя струйного сопла. По этой причине важно, чтобы качество чернил для струйной печати хорошо контролировало процесс уменьшения размера, используемый в производстве.

Поточная обработка нанодисперсий для струйных чернил

Ультразвуковые реакторы Хильшера обычно используются в линейном режиме. Чернила для струйной печати закачиваются в корпус реактора. Там он подвергается ультразвуковой кавитации с контролируемой интенсивностью. Время выдержки зависит от объема реактора и скорости подачи материала. Встроенная ультразвуковая обработка исключает байпас, поскольку все частицы проходят через камеру реактора по определенной траектории. Поскольку все частицы подвергаются воздействию одинаковых параметров ультразвука в течение одного и того же времени в течение каждого цикла, ультразвук обычно сужает и смещает кривую распределения, а не расширяет ее. Ультразвуковая дисперсия позволяет получить относительно симметричное распределение частиц по размерам. Как правило, правый хвост – отрицательный перекос кривой, вызванный сдвигом в сторону грубых материалов («хвост» справа) – не наблюдается на образцах, обработанных ультразвуком.

Диспергирование при контролируемых температурах: технологическое охлаждение

Для транспортных средств, чувствительных к температуре, Hielscher предлагает проточные реакторы с рубашкой для всех лабораторных и промышленных устройств. Охлаждение внутренних стенок реактора позволяет эффективно рассеивать технологическое тепло.

На изображениях ниже показан пигмент технического углерода, диспергированный с помощью ультразвукового зонда UIP1000hdT в УФ-чернилах.

Ультразвуковая дисперсия обеспечивает эффективное уменьшение размера частиц и равномерное распределение пигментов технического углерода в УФ-чернилах.

Диспергирование и деагломерация чернил для струйной печати в любых масштабах

Hielscher производит ультразвуковое диспергирующее оборудование для обработки красок в любом объеме. Ультразвуковые лабораторные гомогенизаторы используются для объемов от 1,5 мл до примерно 2 л и идеально подходят для стадии R+D рецептур чернил, а также для тестирования качества. Кроме того, технико-экономическое обоснование в лаборатории позволяет точно подобрать необходимый типоразмер оборудования для промышленного производства.
Промышленные ультразвуковые диспергаторы используются в производстве для партий от 0,5 до примерно 2000 л или расхода от 0,1 л до 20 м³ в час. В отличие от других технологий диспергирования и измельчения, ультразвуковое излучение может быть легко масштабировано, поскольку все важные параметры процесса могут быть масштабированы линейно.

В таблице ниже приведены общие рекомендации по ультразвуковому оборудованию в зависимости от объема партии или расхода, подлежащего обработке.

 
Как работают ультразвуковые диспергаторы? – Принцип работы акустической кавитации
Ультразвуковая кавитация — это процесс, в котором используются высокочастотные звуковые волны для создания небольших пузырьков газа в жидкости. Когда пузырьки подвергаются высокому давлению, они могут схлопнуться или взорваться, высвобождая всплеск энергии. Эта энергия может быть использована для диспергирования частиц в жидкости, разбивая их на более мелкие размеры.
При ультразвуковой кавитации звуковые волны генерируются ультразвуковым преобразователем, который обычно устанавливается на зонд или рупор. Преобразователь преобразует электрическую энергию в механическую в виде звуковых волн, которые затем передаются в жидкость через зонд или рупор. Когда звуковые волны достигают жидкости, они создают волны высокого давления, которые могут привести к взрыву пузырьков газа.
Существует несколько потенциальных применений ультразвуковой кавитации в процессах диспергирования, включая производство эмульсий, диспергирование пигментов и наполнителей, а также деагломерацию частиц. Ультразвуковая кавитация может быть эффективным способом диспергирования частиц, поскольку она может генерировать высокие силы сдвига и подводить энергию, а также точно контролировать другие важные параметры процесса, такие как температура и давление, что позволяет адаптировать процесс к конкретным потребностям применения. Такое точное управление процессом является одним из заметных преимуществ ультразвуковой обработки, поскольку высококачественные продукты могут быть надежными и воспроизводимыми, что позволяет избежать любой нежелательной деградации частиц или жидкости.

Прочный и простой в уходе

Ультразвуковой реактор состоит из корпуса реактора и ультразвукового сонотрода. Это единственная деталь, которая подвержена износу и может быть легко заменена в течение нескольких минут. Осциллирующе-развязывающие фланцы позволяют устанавливать сонотрод в открытые или закрытые герметичные емкости или проточные ячейки в любой ориентации. Подшипники не требуются. Реакторы с проточной ячейкой, как правило, изготавливаются из нержавеющей стали и имеют простую геометрию и могут быть легко разобраны и стерты. Здесь нет маленьких отверстий или скрытых уголков.

Ультразвуковой очиститель на месте

Интенсивность ультразвука, используемого для диспергирования, намного выше, чем при обычной ультразвуковой очистке. Таким образом, ультразвуковая мощность может быть использована для облегчения очистки во время промывки и полоскания, поскольку ультразвуковая кавитация удаляет частицы и остатки жидкости с сонотрода и со стенок проточной ячейки.