Ultrazvuková kavitácia je účinným prostriedkom na dispergovanie a mikrobrúsenie (mokré frézovanie) atramentových pigmentov. Ultrazvukové rozptyľovače sa úspešne používajú vo výskume, ako aj v priemyselnej výrobe atramentových atramentov na báze UV, vody alebo rozpúšťadiel.

Nano-dispergované atramentové atramenty

Ultrazvuk je veľmi účinný pri zmenšovaní veľkosti častíc v rozsahu od 500 μm do približne 10 nm.
Keď sa ultrazvukom používa na rozptýlenie nanočastíc v atramentovej tlačiarni, farebný gamut atramentu, trvanlivosť a kvalita tlače sa môže podstatne zlepšiť. Preto sondové ultrasonicators sú široko používané pri výrobe atramentových atramentov obsahujúcich nanočastice, špeciálnych atramentov (napr. Vodivé atramenty, 3D-tlačiteľné atramenty, tetovacie farby) a farby.
 

Nižšie uvedené grafy ukazujú príklad pre neultrazvukom vs ultrazvukovo rozptýlené čierne pigmenty v atramentovej tlačiarni. Ultrazvukové ošetrenie bolo vykonané ultrazvukovou sondou UIP1000hdT. Výsledkom ultrazvukovej liečby je viditeľne menšia veľkosť častíc a veľmi úzka distribúcia veľkosti častíc.

Ultrazvuková disperzia vedie k výrazne menším a rovnomernejším pigmentom atramentu. (zelený graf: pred ultrazvukom – červený graf: po ultrazvukom)

Ako ultrazvuková disperzia zlepšuje kvalitu atramentového atramentu?

Ultrasonicators s vysokou intenzitou sú vysoko účinné pre disperziu, zmenšenie veľkosti a rovnomerné rozloženie nanočastíc.
To znamená, že ispersing nanočastíc s ultrazvukom v atramentovej tlačiarni môže zlepšiť jeho výkon a trvanlivosť. Nanočastice sú veľmi malé častice s veľkosťou v rozmedzí od 1 do 100 nanometrov a majú jedinečné vlastnosti, ktoré môžu vylepšiť atramentový atrament niekoľkými spôsobmi.

• Po prvé, nanočastice môžu zlepšiť farebný gamut atramentového atramentu, ktorý sa vzťahuje na rozsah farieb, ktoré je možné vytvoriť. Keď sú nanočastice rovnomerne rozptýlené ultrazvukom typu sondy, atrament vykazuje následne živšie a nasýtené farby. Je to preto, že nanočastice môžu rozptyľovať a odrážať svetlo spôsobmi, ktoré tradičné farbivá a pigmenty nemôžu, čo vedie k lepšej reprodukcii farieb.
• Po druhé, homogénne rozptýlené nanočastice môžu zvýšiť odolnosť atramentového atramentu voči vyblednutiu, vode a rozmazaniu. Je to preto, že nanočastice sa môžu silnejšie viazať s papierom alebo iným podkladom, čím vytvárajú trvanlivejší a dlhotrvajúci obraz. Nanočastice môžu navyše zabrániť krvácaniu atramentu do papiera, čo môže spôsobiť rozmazanie a znížiť ostrosť vytlačeného obrázka.
• Nakoniec, ultrazvukovo rozptýlené nanočastice môžu tiež zlepšiť kvalitu tlače a rozlíšenie atramentovej tlačiarne. Ultrazvukové rozptyľovače sú mimoriadne účinné, pokiaľ ide o mletie a miešanie nanočastíc v kvapalinách. Použitím menších častíc môže atrament vytvárať jemnejšie a presnejšie čiary, čo vedie k ostrejším a jasnejším obrazom. To je obzvlášť dôležité v aplikáciách, ako je vysokokvalitná tlač fotografií a umelecká tlač.

Kontrola parametrov procesu a výsledkov disperzie

Veľkosť častíc a rozdelenie veľkosti častíc Farbiace pigmenty ovplyvňujú mnohé vlastnosti výrobku, ako je tónovanie pevnosť alebo kvalita tlače. Pokiaľ ide o atramentovú tlač, malé množstvo väčších častíc môže viesť k nestabilite disperzie, sedimentácii alebo zlyhaniu atramentovej dýzy. Z tohto dôvodu je dôležité, aby kvalita atramentových atramentu mala dobrú kontrolu nad procesom znižovania veľkosti používaného vo výrobe.

Inline spracovanie nanodisperzií pre atramentové atramenty

Hielscher ultrasonic reactors are commonly used in-line. The inkjet ink is pumped into the reactor vessel. There it is exposed to ultrasonic cavitation at a controlled intensity. The exposure time is a result of the reactor volume and the material feed rate. Inline sonication eliminates by-passing because all particles pass the reactor chamber following a defined path. As all particles are exposed to identical sonication parameters for the same time during each cycle, ultrasonication typically narrows and shifts the distribution curve rather than widening it. Ultrasonic dispersion produces relatively symmetrical particle size distributions. Generally, right tailing – negatívny skosenie krivky spôsobené posunom k hrubým materiálom ("chvost" vpravo) – nemožno pozorovať pri sonicated vzorkách.

Disperzia pri kontrolovaných teplotách: procesné chladenie

Pre vozidlá citlivé na teplotu, Hielscher ponúka opláštené tok bunky reaktorov pre všetky laboratórne a priemyselné zariadenia. Chladením vnútorného reaktora stien, môže byť proces tepla rozptýliť efektívne.

Obrázky nižšie ukazujú sadze pigment rozptýlený ultrazvukovou sondou UIP1000hdT v UV atramente.

Ultrazvuková disperzia zaisťuje účinné zníženie veľkosti častíc a rovnomerné rozloženie sadzí pigmentov v UV atramente.

Dispergovanie a rozdeľovanie atramentových atramentov v ľubovoľnom rozsahu

Hielscher makes ultrasonic dispersing equipment for the processing of inks at any volume. Ultrasonic lab homogenizers are used for volumes from 1.5mL to approx. 2L and are ideal for the R+D stage of ink formulations as well as for quality testings. Furthermore, feasibility test in the laboratory allow to select the required equipment size for commercial production accurately.
Priemyselné ultrazvukové rozptyľovače sa používajú vo výrobe pre dávky od 0,5 do približne 2000L alebo prietoky od 0,1L do 20m³ za hodinu. Na rozdiel od iných dispergačných a frézovacích technológií, ultrazvukom možno ľahko rozšíriť, pretože všetky dôležité parametre procesu môžu byť lineárne škálované.

Nasledujúca tabuľka zobrazuje všeobecné odporúčania ultrasonicator v závislosti od objemu dávky alebo prietoku, ktorý sa má spracovať.

 
Ako fungujú ultrazvukové rozptyľovače? – Pracovný princíp akustickej kavitácie
Ultrazvuková kavitácia je proces, ktorý využíva vysokofrekvenčné zvukové vlny na generovanie malých plynových bublín v kvapaline. Keď sú bubliny vystavené vysokému tlaku, môžu sa zrútiť alebo zrútiť a uvoľniť výbuch energie. Táto energia môže byť použitá na rozptýlenie častíc v kvapaline a ich rozdelenie na menšie veľkosti.
Pri ultrazvukovej kavitácii sú zvukové vlny generované ultrazvukovým prevodníkom, ktorý je zvyčajne namontovaný na sonde alebo rohu. Prevodník premieňa elektrickú energiu na mechanickú energiu vo forme zvukových vĺn, ktoré sa potom prenášajú do kvapaliny cez sondu alebo klaksón. Keď zvukové vlny dosiahnu kvapalinu, vytvárajú vysokotlakové vlny, ktoré môžu spôsobiť impodáciu plynových bublín.
Existuje niekoľko potenciálnych aplikácií pre ultrazvukovú kavitáciu v disperzných procesoch, vrátane výroby emulzií, disperzie pigmentov a plnív a deaglomerácie častíc. Ultrazvuková kavitácia môže byť efektívnym spôsobom rozptýlenia častíc, pretože môže generovať vysoké šmykové sily a vstup energie, ako aj ďalšie dôležité parametre procesu, ako je teplota a tlak, môžu byť presne kontrolované, čo umožňuje prispôsobiť proces špecifickým potrebám aplikácie. Táto presná kontrola procesu je jednou z významných výhod ultrazvukom, pretože vysoko kvalitné výrobky môžu byť spoľahlivé a reprodukovateľne vyrobené a zabráni sa akejkoľvek nežiaducej degradácii častíc alebo kvapaliny.

Robustné a ľahko čistiteľné

Ultrazvukový reaktor pozostáva z nádoby reaktora a ultrazvukovej sonotródy. Toto je jediná časť, ktorá podlieha opotrebovaniu a dá sa ľahko vymeniť v priebehu niekoľkých minút. Príruby na oddelenie oscilácie umožňujú namontovať sonotródu do otvorených alebo uzavretých tlakových nádob alebo prietokových buniek v ľubovoľnej orientácii. Nie sú potrebné žiadne ložiská. Reaktory s prietokovými článkami sú zvyčajne vyrobené z nehrdzavejúcej ocele a majú jednoduché geometrie a dajú sa ľahko rozobrať a zničiť. Neexistujú žiadne malé otvory ani skryté rohy.

Ultrazvukový čistič na mieste

Ultrazvuková intenzita používaná na dispergovanie aplikácií je oveľa vyššia ako pri typickom ultrazvukovom čistení. Preto ultrazvukový výkon môže byť použitý na pomoc pri čistení počas preplachovania a oplachovania, pretože ultrazvuková kavitácia odstraňuje častice a zvyšky kvapaliny zo sonotródy a zo stien prietokových buniek.