Sterilizácia a disperzia náterov na báze vody bez biocídov

Vodou riediteľné nátery sú široko používané, pretože podporujú receptúry s nízkym obsahom prchavých organických látok, bezpečnejšiu manipuláciu a udržateľnejšiu výrobu. Ich obsah vody ich zároveň robí veľmi náchylnými na mikrobiálnu kontamináciu. Baktérie, kvasinky a plesne sa môžu do výrobku dostať cez suroviny, nádrže, potrubia, plniace systémy alebo pôsobením okolia počas výroby a skladovania. Po kontaminácii sa mikroorganizmy môžu rýchlo rozmnožiť a ohroziť kvalitu aj trvanlivosť výrobku.
Preto je mikrobiálna stabilita rozhodujúcim faktorom kvality farieb, náterov, atramentov a pigmentových disperzií na vodnej báze.

Sonikácia kombinuje disperziu pigmentov a kontrolu mikróbov v jednom priemyselnom procese

Výrobcovia sa tradične spoliehajú na konzervačné látky a biocídy v plechovkách, aby kontrolovali kazenie. Zvyšujúci sa regulačný tlak a rastúci dopyt po čistejších prípravkoch však vedú k hľadaniu alternatív. Vysokointenzívna sonikácia ponúka vysokoúčinné riešenie, pretože umožňuje súčasnú dispergáciu a sterilizáciu v jednom kroku procesu.
Pre výrobcov náterov to znamená, že ultrazvukové spracovanie nie je len disperznou technológiou. Je to aj výkonný procesný nástroj na zlepšenie mikrobiologickej stability a zároveň podporuje stratégie formulácie s nízkym obsahom biocídov alebo bez biocídov.

Prečo je mikrobiálna stabilita vo farbách na vodnej báze priemyselne dôležitá

Mikrobiálna kontaminácia priamo ovplyvňuje kvalitu výrobku a spoľahlivosť procesu: Mikrobiálna stabilita náterových hmôt má veľký priemyselný význam, pretože rast mikroorganizmov môže spôsobiť celý rad chýb výrobku a výrobných problémov. Prípravky na báze vody často obsahujú organické zložky, ako sú spojivá, disperzanty, zmáčadlá, zahusťovadlá a odpenovače. Tieto zložky môžu vytvoriť priaznivé prostredie pre rast mikroorganizmov, ak sa do nich počas spracovania alebo skladovania dostane kontaminácia.

V priemyselnej praxi môže nedostatočná mikrobiálna kontrola spôsobiť:

• drift viskozity a zmeny pH
• tvorba plynu a napučiavanie nádoby
• nepríjemný zápach a zmena farby
• znížená stabilita pri skladovaní
• vady filmu a nekonzistentné správanie aplikácie
• zvýšená frekvencia čistenia a prestoje súvisiace s kontamináciou

Mikrobiálne kazenie nepoškodzuje len výrobok. Môže tiež spôsobiť opakujúce sa hygienické problémy v nádržiach, potrubiach a recirkulačných slučkách, čo vedie k výrobným stratám, prepracovaniu, reklamáciám zákazníkov a nákladom na likvidáciu. Z tohto dôvodu nie je mikrobiálna stabilita sekundárnou vlastnosťou. Je to základná požiadavka na komerčne úspešné nátery na báze vody.

Ako funguje sonikácia pri náteroch na báze vody

Akustická kavitácia spôsobuje intenzívny strih a narušenie mikróbov: Vysokovýkonný ultrazvuk pôsobí prostredníctvom akustickej kavitácie. Keď ultrazvukové vlny prechádzajú kvapalinou, vytvárajú sa mikroskopické bubliny, ktoré rastú a implodujú. Tieto kavitačné udalosti vytvárajú vysoko lokalizované strihové sily, turbulencie, zmeny tlaku a mikrotrysky.
V prípade náterov na báze vody sú tieto účinky cenné, pretože pôsobia súčasne na častice aj mikroorganizmy. Pigmentové aglomeráty sa účinne rozkladajú na jemnejšie častice, zatiaľ čo mikrobiálne bunky sa mechanicky poškodzujú a inaktivujú. Vďaka tomu je sonikácia obzvlášť atraktívna pre prípravky, pri ktorých je dôležitá kvalita disperzie aj mikrobiálna stabilita.

Jeden procesný krok zabezpečuje dve kritické funkcie

Namiesto toho, aby sa disperzia pigmentu a kontrola mikróbov považovali za samostatné úlohy, sonikácia ich spája do jednej operácie. Tento dvojitý účinok ponúka jasnú priemyselnú výhodu.

Rovnaká ultrazvuková energia, ktorá deaglomeruje zhluky pigmentov a rovnomerne rozptyľuje častice, môže tiež znížiť životaschopné mikrobiálne zaťaženie v nátere. V dôsledku toho sonikácia podporuje:

• jemnejšia a rovnomernejšia disperzia pigmentu
• lepšia intenzita farieb a optická konzistencia
• znížená mikrobiálna kontaminácia počas spracovania
• lepšia stabilita skladovania výrobkov na báze vody
• nižšia závislosť od konzervačných látok a biocídov v plechovkách

Vďaka tomu je sonikácia veľmi dôležitá pre vývoj udržateľnejších a čistejších náterových systémov.
 

Ultrazvukovo rozptýlený oxid kremičitý: červená krivka – neošetrené; zelená krivka: po ultrazvukovej disperzii

Výhody súčasnej disperzie a sterilizácie maliarskych pigmentov

1. Lepšia kvalita disperzie zlepšuje výkon povlaku
   Pigmenty a plnivá často vytvárajú aglomeráty, ktoré sa ťažko rozbíjajú pri nedostatočnej mechanickej energii. Sonikácia poskytuje intenzívny a cielený strih, vďaka čomu je veľmi účinná pri deaglomerácii a zmenšovaní veľkosti častíc. Jemnejšia disperzia môže zlepšiť viaceré výkonnostné charakteristiky konečného náteru vrátane vývoja farby, krycej schopnosti, lesku a dlhodobej stability.
2. Súčasná sterilizácia podporuje redukciu biocídov
   Ultrazvuková kavitácia môže zároveň poškodiť mikrobiálne bunky prítomné v kvapalnej fáze. Tým sa znižuje kontaminácia v prúde produktu a pomáha sa zlepšiť mikrobiálna stabilita bez toho, aby sa spoliehalo výlučne na chemickú konzerváciu. Pre výrobcov, ktorí sa usilujú o systémy s nízkym obsahom biocídov alebo bez biocídov, je to významná výhoda procesu.
3. Intenzifikácia procesov znižuje zložitosť
   Kombinácia dvoch kľúčových cieľov procesu v jednom inline kroku zjednodušuje výrobu. Namiesto pridávania samostatných stupňov úpravy pre disperziu a mikrobiálnu kontrolu môžu výrobcovia náterov integrovať oba do jedného riadeného procesu sonikácie. To znižuje manipuláciu, podporuje čistejšiu výrobu a zlepšuje reprodukovateľnosť.

Prečo získava spracovanie bez biocídov na význame

Regulačné, environmentálne a trhové požiadavky menia stratégie formulácie
Prechod na nátery s nízkym obsahom biocídov a bez biocídov je spôsobený niekoľkými priemyselnými faktormi. Regulačné rámce sa sprísňujú, očakávania v oblasti životného prostredia sa zvyšujú a zákazníci požadujú bezpečnejšie a udržateľnejšie výrobky s menším množstvom látok vzbudzujúcich obavy.
V tejto súvislosti získavajú technológie fyzikálnych procesov strategický význam. Sonikácia je obzvlášť atraktívna, pretože nenahrádza len jednu prísadu inou. Zavádza nechemický princíp úpravy, ktorý prostredníctvom mechanickej energie zlepšuje disperziu aj mikrobiálnu stabilitu.

Pre formulátorov a manažérov výroby to prináša niekoľko výhod:

• podpora udržateľnejších koncepcií výrobkov
• znížená závislosť od konvenčných konzervačných látok
• zlepšenie hygieny procesu
• silnejšia pozícia pre novú generáciu náterov na báze vody

Prečo sú sonikátory Hielscher najlepším riešením pre priemyselnú výrobu náterov

Presná kontrola pre reprodukovateľné podmienky spracovania

Sonikátory Hielscher sú určené na riadenie priemyselných procesov. Pri výrobe náterov je presná kontrola parametrov sonikácie nevyhnutná, pretože správanie sa prípravku závisí od typu pigmentu, obsahu tuhých látok, viskozity, teploty, prietoku a intenzity spracovania.

Systémy Hielscher umožňujú presné nastavenie dôležitých procesných parametrov, ako sú:

• amplitúda
• tlak
• prietoková rýchlosť / doba zdržania
• teplota
• Energetický príkon

Táto presnosť umožňuje výrobcom optimalizovať disperziu pigmentu, čím sa zlepšuje kvalita prípravku a dosahuje sa reprodukovateľná redukcia mikróbov.

SEM snímky vegetatívnych buniek B. subtilis pred (a) a po 30-minútovom ožarovaní ultrazvukom (b), (c).
Štúdia a obrázok: © Hashimoto et al., 2020

Prietokové bunky s tlakom na intenzívnu sonikáciu

Zvýšený tlak zvyšuje intenzitu kavitácie
Kľúčovou výhodou technológie Hielscher je použitie reaktorov s prietokovými komorami, ktoré sa dajú stlačiť. Tlak má silný vplyv na kavitačné správanie. Pri zvýšenom tlaku sa kavitácia stáva intenzívnejšou a účinnejšou, čo je obzvlášť cenné pre náročné disperzie a kontinuálnu mikrobiálnu inaktiváciu.

Podpora prietokových buniek s možnosťou stlačenia:

• zintenzívnené ultrazvukové ošetrenie
• účinnejšia deaglomerácia
• vyššia efektivita procesov
• vyšší výkon v nepretržitej prevádzke

Pre priemyselné lakovne to znamená, že ultrazvukové ošetrenie je možné nastaviť nielen pre laboratórne použitie, ale aj pre skutočnú výrobnú kapacitu a požiadavky na výrobky.

Inline spracovanie pre kontinuálnu výrobu

Sonikáciu možno integrovať priamo do výrobnej linky
Sonikátory Hielscher sú veľmi vhodné na inline spracovanie. To umožňuje priebežné spracovanie náterov na báze vody pri ich prechode výrobným systémom. Inline sonikácia sa dobre hodí do priemyselnej výroby, pretože sa vyhýba zbytočnej manipulácii so šaržami a možno ju integrovať do prenosových slučiek, recirkulačných systémov alebo vyhradených technologických liniek.

Inline spracovanie ponúka jasné prevádzkové výhody:

• nepretržitá liečba za definovaných podmienok
• jednoduchšia integrácia do existujúcich zariadení
• znížená manuálna manipulácia
• vyššia efektivita a konzistentnosť procesov

Pre výrobcov náterových hmôt sa tak sonikácia stáva praktickou výrobnou technológiou a nie len laboratórnou metódou.

Rozprašovaním sušený TiO2 pred a po ultrazvukovom frézovaní

Lineárna škálovateľnosť od laboratória po priemyselnú výrobu

Parametre procesu sa dajú spoľahlivo prenášať naprieč stupnicami
Rozširovanie je pri vývoji procesov kritickou otázkou. Ultrazvukové systémy Hielscher sú navrhnuté pre lineárnu škálovateľnosť, čo znamená, že podmienky procesu stanovené v laboratórnom alebo pilotnom meradle možno systematicky previesť do priemyselnej výroby.
Je to dôležité najmä pre spoločnosti vyvíjajúce inovatívne nízkobiotitické nátery, pretože to znižuje riziko počas implementácie a pomáha urýchliť komercializáciu.

Medzi výhody lineárnej škálovateľnosti patria:

• jednoduchší vývoj procesov
• spoľahlivý prenos z R&D do výroby
• predvídateľný výkon pri väčšej priepustnosti
• nižšia neistota pri rozširovaní

Jednoduché čistenie a hygienický dizajn procesu

Čistiteľnosť je dôležitá, keď je cieľom mikrobiálna stabilita
Ak je kontrola mikróbov kľúčovým cieľom procesu, hygiena zariadenia je ešte dôležitejšia. Sonikátory Hielscher sú navrhnuté na praktické priemyselné čistenie a priamu integráciu do hygienického procesného prostredia.

Jednoduché čistenie pomáha výrobcom:

• zníženie rizika kontaminácie zariadení
• podpora dôslednej mikrobiálnej kontroly
• skrátiť čistenie a údržbu
• zvýšenie spoľahlivosti procesu počas opakovaných výrobných cyklov.

V prípade náterov na báze vody, kde môže kontaminácia pretrvávať v nádržiach, mŕtvych zónach a prenosových systémoch, ľahko čistiteľné ultrazvukové zariadenia priamo prispievajú k stabilite produktu a prevádzkovej robustnosti.

Sonikovaná kriedová farba na grindometri demonštruje dokonale rovnomernú deaglomeráciu a distribúciu veľkosti častíc pigmentov

Reprodukovateľné výsledky pre priemyselné zabezpečenie kvality

Konzistentnosť je pre výrobcov náterov nevyhnutná
Priemyselná výroba farieb si vyžaduje vysoko reprodukovateľné výsledky procesov. Optické vlastnosti, reológia, trvanlivosť a mikrobiologická stabilita musia zostať konzistentné od šarže k šarži a počas dlhých výrobných období.

Sonikátory Hielscher poskytujú reprodukovateľné ultrazvukové podmienky, ktoré podporujú:

• rovnomerná disperzia pigmentu
• stabilné zmenšovanie veľkosti častíc
• dôsledné mikrobiálne ošetrenie
• spoľahlivá kvalita výrobkov v rámci výrobných sérií

Táto reprodukovateľnosť je nevyhnutná pre validáciu procesov, zabezpečenie kvality a priemyselné využitie ultrazvukovej technológie.

Sonikácia ako strategická technológia pre moderné nátery na báze vody

Odvetvie náterových látok smeruje k prípravkom, ktoré sú udržateľnejšie, obsahujú menej nebezpečných prísad a sú odolnejšie. Sonikácia sa do tohto smeru mimoriadne hodí, pretože rieši dve hlavné výrobné výzvy naraz: potrebu účinnej disperzie pigmentu a potrebu mikrobiálnej stability.
Kombináciou týchto funkcií v jednom kroku procesu pomáha sonikácia výrobcom zjednodušiť výrobu, zlepšiť kvalitu náteru a znížiť závislosť od konvenčných konzervačných systémov. Vďaka tomu je ultrazvuková úprava veľmi atraktívna pre architektonické farby, priemyselné nátery, funkčné disperzie, atramenty a súvisiace systémy na báze vody.
Sonikátory Hielscher poskytujú priemyselnú platformu potrebnú na realizáciu tejto stratégie v praxi. Ich presné riadenie, prietokové bunky s možnosťou regulácie tlaku, inline schopnosť, lineárna škálovateľnosť, jednoduché čistenie a reprodukovateľné výsledky ich robia obzvlášť vhodnými pre náročné aplikácie povrchovej úpravy.

Využite výhody ultrazvukovej disperzie a sterilizácie povlakov

Sterilizácia a dispergácia náterov na báze vody bez biocídov pomocou sonikácie je veľmi sľubným prístupom pre modernú výrobu farieb. Sonikácia zlepšuje disperziu pigmentu, znižuje mikrobiálne zaťaženie a podporuje vyššiu stabilitu výrobku v jednom integrovanom procese. Táto kombinácia je obzvlášť cenná v priemysle, ktorý je pod rastúcim tlakom na znižovanie množstva konzervačných látok pri zachovaní vysokej kvality výrobkov a efektívnosti procesov.
Pre výrobcov farieb a náterov na báze vody ponúkajú sonikátory Hielscher praktické a priemyselne osvedčené riešenie. Ich ovládateľnosť procesu, inline integrácia, zosilnená konštrukcia prietokovej bunky, škálovateľnosť, hygienická čistiteľnosť a reprodukovateľný výkon z nich robia vynikajúcu voľbu pre súčasnú dispergáciu a sterilizáciu pigmentov farieb.

Nasledujúca tabuľka vám poskytuje približnú kapacitu spracovania našich ultrazvukových prístrojov:

Dizajn, výroba a poradenstvo – Kvalita vyrobená v Nemecku

Ultrazvukové prístroje Hielscher sú známe svojou najvyššou kvalitou a dizajnovými štandardmi. Robustnosť a jednoduchá obsluha umožňujú bezproblémovú integráciu našich ultrazvukových prístrojov do priemyselných zariadení. Drsné podmienky a náročné prostredie ľahko zvládnu ultrazvukové prístroje Hielscher.

Hielscher Ultrasonics je spoločnosť s certifikáciou ISO a kladie osobitný dôraz na vysokovýkonné ultrazvukové prístroje s najmodernejšou technológiou a užívateľskou prívetivosťou. Ultrazvukové prístroje Hielscher sú samozrejme v súlade s CE a spĺňajú požiadavky UL, CSA a RoHs.

Literatúra / Referencie