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

Нанодисперсные чернила для струйной печати

Ультразвук очень эффективен при уменьшении размера частиц в диапазоне от 500 мкм до примерно 10 нм.
Когда ультразвук используется для диспергирования наночастиц в струйных чернилах, цветовая гамма чернил, долговечность и качество печати могут быть существенно улучшены. Поэтому 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 приведенных ниже графиках показан пример неультразвуковых и ультразвуковых дисперсных черных пигментов в чернилах для струйной печати. Ультразвуковая обработка проводилась ультразвуковым зондом UIP1000hdT. Результатом ультразвуковой обработки является заметно меньший размер частиц и очень узкий гранулометрический состав.

Ультразвуковая дисперсия приводит к значительно меньшим и более однородным пигментам чернил. (Зеленый график: до обработки ультразвуком – Красный график: после обработки ультразвуком)

Как ультразвуковая дисперсия улучшает качество струйных чернил?

Высокоинтенсивные ультразвуковые аппараты очень эффективны для дисперсии, уменьшения размера и равномерного распределения наночастиц.
Это означает, что исперсирование наночастиц ультразвуком в струйных чернилах может улучшить их производительность и долговечность. Наночастицы представляют собой очень маленькие частицы с размерами в диапазоне от 1 до 100 нанометров, и они обладают уникальными свойствами, которые могут улучшать струйные чернила несколькими способами.

• Во-первых, наночастицы могут улучшить цветовую гамму струйных чернил, что относится к диапазону цветов, которые могут быть получены. Когда наночастицы равномерно диспергируются с помощью ультразвукового аппарата зондового типа, чернила проявляют, следовательно, более яркие и насыщенные цвета. Это связано с тем, что наночастицы могут рассеивать и отражать свет так, как не могут традиционные красители и пигменты, что приводит к улучшению цветопередачи.
• Во-вторых, гомогенно дисперсные наночастицы могут повысить устойчивость струйных чернил к выцветанию, воде и смазыванию. Это связано с тем, что наночастицы могут более прочно связываться с бумагой или другой подложкой, создавая более прочное и долговечное изображение. Кроме того, наночастицы могут препятствовать попаданию чернил в бумагу, что может вызвать размазывание и снизить резкость напечатанного изображения.
• Наконец, ультразвуковые диспергированные наночастицы также могут улучшить качество печати и разрешение чернил для струйной печати. Ультразвуковые диспергаторы исключительно эффективны, когда речь идет о 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 приложениях, как высококачественная фотопечать и художественная печать.

Контроль параметров процесса и результатов диспергирования

Размер частиц и распределение частиц по размерам красящих пигментов влияют на многие характеристики продукта, такие как прочность на тонкость или качество печати. Когда дело доходит до струйной печати, небольшое количество более крупных частиц может привести к нестабильности дисперсии, осаждению или удалению струйных сопел. По этой причине важно, чтобы качество струйных чернил имело хороший контроль над процессом уменьшения размера, используемым в производстве.

Поточная обработка нанодисперсий для струйных чернил

Ультразвуковые реакторы Hielscher обычно используются в линии. Чернила для струйной печати закачиваются в корпус реактора. Там он подвергается ультразвуковой кавитации с контролируемой интенсивностью. Время экспозиции зависит от объема реактора и скорости подачи материала. Встроенная обработка ультразвуком исключает обход, потому что все частицы проходят через камеру реактора по определенному пути. Поскольку все частицы подвергаются воздействию одинаковых параметров обработки ультразвуком в течение одного и того же времени в течение каждого цикла, ультразвук обычно сужает и смещает кривую распределения, а не расширяет ее. Ультразвуковая дисперсия дает относительно симметричное распределение частиц по размерам. Как правило, правый хвост – отрицательный перекос кривой, вызванный переходом к грубым материалам («хвост» справа) – не может наблюдаться на ультразвуковых образцах.

Диспергирование при контролируемых температурах: технологическое охлаждение

Для чувствительных к температуре транспортных средств, Hielscher предлагает реакторы проточной ячейки с рубашкой для всех лабораторных и промышленных приборов. При охлаждении внутренних стенок реактора, тепловой процесс может быть эффективно рассеивается.

На изображениях ниже показан пигмент технического углерода, диспергированный ультразвуковым зондом UIP1000hdT в УФ-чернилах.

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

Диспергирование и деагломерация струйных чернил в любом масштабе

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 составов чернил, а также для испытаний 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, ультразвук может быть легко масштабирован, поскольку все важные параметры процесса могут быть масштабированы линейно.

В таблице ниже приведены общие рекомендации ультразвукового аппарата в зависимости от объема партии или скорости потока, подлежащего обработке.

 
Как работают ультразвуковые диспергаторы? – Рабочий принцип акустической кавитации
Ультразвуковая кавитация — это процесс, в котором используются высокочастотные звуковые волны для генерации небольших пузырьков газа в жидкости. Когда пузырьки подвергаются высокому давлению, они могут схлопнуться или взорваться, высвобождая прилив энергии. Эта энергия может быть использована для диспергирования частиц в жидкости, разбивая их на меньшие размеры.
При ультразвуковой кавитации звуковые волны генерируются ультразвуковым преобразователем, который обычно устанавливается на зонде или рупоре. 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 дисперсионных процессах, 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 потребляемую энергию, а также другие важные параметры процесса, такие как температура и давление, можно точно контролировать, что позволяет адаптировать процесс к конкретным потребностям приложения. Это точное управление процессом является одним из выдающихся преимуществ обработки ультразвуком, поскольку высококачественные продукты могут быть надежными и воспроизводимыми, и можно избежать любого нежелательного разложения частиц или жидкости.

Надежность и простота очистки

Ультразвуковой реактор состоит из корпуса реактора и ультразвукового сонотрода. Это единственная деталь, которая подвержена износу и может быть легко заменена в течение нескольких минут. Осцилляционно-разъединяющие фланцы позволяют монтировать сонотрод в открытые или закрытые герметичные контейнеры или проточные ячейки в любой ориентации. Подшипники не нужны. Реакторы с проточными ячейками, как правило, изготавливаются из нержавеющей стали и имеют простую геометрию, их можно легко разобрать и стереть. Здесь нет маленьких отверстий или скрытых углов.

Ультразвуковой очиститель на месте

Интенсивность ультразвука, используемая для диспергирования, намного выше, чем для типичной ультразвуковой очистки. Таким образом, ультразвуковая мощность может быть использована для облегчения очистки во время промывки и ополаскивания, поскольку ультразвуковая кавитация удаляет частицы и остатки жидкости из сонотрода и со стенок проточной ячейки.