Ultrazvukové zmenšenie veľkosti atramentu (napr. pre atramentovú tlačiareň)

Ultrazvuková kavitácia je účinným prostriedkom na dispergovanie a mikromletie (mokré mletie) atramentových pigmentov. Ultrazvukové dispergátory sa úspešne používajú vo výskume, ako aj pri 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 až po cca. 10 nm.
Keď sa ultrazvuk použije na rozptýlenie nanočastíc v atramentovom atramente, farebný gamut atramentu, trvanlivosť a kvalita tlače sa môžu podstatne zlepšiť. Preto sú ultrazvukové sondy široko používané pri výrobe atramentových atramentov obsahujúcich nanočastice, špeciálnych atramentov (napr. vodivých atramentov, atramentov na 3D tlač, tetovacích farieb) a farieb.
 

Nižšie uvedené grafy ukazujú príklad pre nesonikované vs ultrazvukom rozptýlené čierne pigmenty v atramentovom atramente. Ultrazvukové ošetrenie bolo vykonané ultrazvukovou sondou UIP1000hdT. Výsledkom ultrazvukového ošetrenia je viditeľne menšia veľkosť častíc a veľmi úzka distribúcia veľkosti častíc.

Ultrazvuková disperzia má za následok výrazne menšie a rovnomernejšie atramentové pigmenty. (Zelený graf: pred sonikáciou – červený graf: po sonikácii)

Ako ultrazvuková disperzia zlepšuje kvalitu atramentového atramentu?

Ultrazvukové prístroje s vysokou intenzitou sú vysoko účinné na disperziu, zmenšovanie veľkosti a rovnomerné rozloženie nanočastíc.
To znamená, že rozprašovanie nanočastíc ultrazvukom v atramentovom atramente môže zlepšiť jeho výkon a odolnosť. 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 vyrobiť. Keď sú nanočastice rovnomerne rozptýlené ultrazvukovým zariadením typu sondy, atrament následne vykazuje živšie a sýtejšie farby. Je to preto, že nanočastice môžu rozptyľovať a odrážať svetlo spôsobmi, ktoré tradičné farbivá a pigmenty nedokážu, čo vedie k zlepšeniu reprodukcie farieb.
• Po druhé, homogénne rozptýlené nanočastice môžu zvýšiť odolnosť atramentového atramentu proti vyblednutiu, vode a rozmazaniu. Je to preto, že nanočastice sa môžu silnejšie spojiť s papierom alebo iným substrátom, čím sa vytvorí odolnejší a dlhotrvajúci obraz. Okrem toho môžu nanočastice zabrániť krvácaniu atramentu do papiera, čo môže spôsobiť rozmazanie a znížiť ostrosť vytlačeného obrázka.
• A nakoniec, ultrazvukom rozptýlené nanočastice môžu tiež zlepšiť kvalitu tlače a rozlíšenie atramentového atramentu. Ultrazvukové dispergátory sú mimoriadne účinné, pokiaľ ide o mletie a miešanie nanočastíc v kvapalinách. Použitím menších častíc môže atrament vytvárať jemnejšie a presnejšie čiary, výsledkom čoho sú ostrejšie a jasnejšie obrázky. To je dôležité najmä v aplikáciách, ako je vysokokvalitná tlač fotografií a umelecká tlač.

Kontrola parametrov procesu a výsledkov disperzie

Veľkosť častíc a distribúcia veľkosti častíc atramentových pigmentov ovplyvňujú mnohé vlastnosti produktu, ako je sila tónovania alebo kvalita tlače. Pokiaľ ide o atramentovú tlač, malé množstvo väčších častíc môže viesť k nestabilite disperzie, sedimentácii alebo zlyhaniu atramentovej trysky. Z tohto dôvodu je dôležité, aby kvalita atramentového atramentu mala dobrú kontrolu nad procesom zmenšovania veľkosti používaným vo výrobe.

Inline spracovanie nanodisperzií pre atramentové atramenty

Ultrazvukové reaktory Hielscher sa bežne používajú in-line. Atramentový atrament sa čerpá do nádoby reaktora. Tam je vystavený ultrazvukovej kavitácii pri riadenej intenzite. Expozičný čas je výsledkom objemu reaktora a rýchlosti prívodu materiálu. Inline sonikácia eliminuje obchádzanie, pretože všetky častice prechádzajú komorou reaktora po definovanej ceste. Keďže všetky častice sú počas každého cyklu vystavené identickým parametrom sonikácie po rovnaký čas, ultrazvuk zvyčajne zužuje a posúva distribučnú krivku, namiesto toho, aby ju rozširoval. Ultrazvuková disperzia vytvára relatívne symetrické rozloženie veľkosti častíc. Všeobecne platí, že pravá hlina – záporné zošikmenie krivky spôsobené posunom k hrubým materiálom ("chvost" vpravo) – nemožno pozorovať na sonikovaných vzorkách.

Disperzia pri kontrolovaných teplotách: Procesné chladenie

Pre vozidlá citlivé na teplotu ponúka spoločnosť Hielscher plášťové reaktory s prietokovými článkami pre všetky laboratórne a priemyselné zariadenia. Ochladzovaním vnútorných stien reaktora je možné efektívne odvádzať procesné teplo.

Na obrázkoch nižšie je zobrazený pigment sadzí rozptýlený ultrazvukovou sondou UIP1000hdT v UV atramente.

Ultrazvuková disperzia zaisťuje efektívne zmenšenie veľkosti častíc a rovnomerné rozloženie pigmentov sadzí v UV atramente.

Dispergácia a deaglomerácia atramentových atramentov v akomkoľvek rozsahu

Spoločnosť Hielscher vyrába ultrazvukové dispergovacie zariadenia na spracovanie atramentov v akomkoľvek objeme. Ultrazvukové laboratórne homogenizátory sa používajú pre objemy od 1,5 ml do cca. 2 l a sú ideálne pre fázu R+D atramentových formulácií, ako aj pre testovanie kvality. Okrem toho test uskutočniteľnosti v laboratóriu umožňuje presne vybrať požadovanú veľkosť zariadenia pre komerčnú výrobu.
Priemyselné ultrazvukové dispergátory sa používajú pri výrobe pre dávky od 0,5 do cca 2000 l alebo prietoky od 0,1 l do 20 m³ za hodinu. Na rozdiel od iných technológií dispergácie a frézovania je možné ultrazvuk ľahko zväčšiť, pretože všetky dôležité parametre procesu je možné škálovať lineárne.

V nasledujúcej tabuľke sú uvedené všeobecné odporúčania ultrazvuku v závislosti od objemu dávky alebo prietoku, ktorý sa má spracovať.

 
Ako fungujú ultrazvukové dispergátory? – Princíp činnosti akustické kavitácie
Ultrazvuková kavitácia je proces, ktorý využíva vysokofrekvenčné zvukové vlny na vytváranie malých bublín plynu v kvapaline. Keď sú bubliny vystavené vysokému tlaku, môžu sa zrútiť alebo implodovať a uvoľniť výbuch energie. Túto energiu možno použiť na rozptýlenie častíc v kvapaline a ich rozdelenie na menšie veľkosti.
Pri ultrazvukovej kavitácii sú zvukové vlny generované ultrazvukovým meničom, ktorý je zvyčajne namontovaný na sonde alebo klaksóne. 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, vytvoria vysokotlakové vlny, ktoré môžu spôsobiť implodáciu bublín plynu.
Existuje niekoľko potenciálnych aplikácií pre ultrazvukovú kavitáciu v disperzných procesoch, vrátane výroby emulzií, disperzie pigmentov a plnív a deaglomerácie častíc. Ultrazvuková kavitácia môže byť účinným spôsobom rozptýlenia častíc, pretože môže generovať vysoké šmykové sily a vstup energie, ako aj ďalšie dôležité parametre procesu, ako je teplota a tlak, je možné presne regulovať, čo umožňuje prispôsobiť proces špecifickým potrebám aplikácie. Toto presné riadenie procesu je jednou z hlavných výhod sonikácie, pretože vysokokvalitné produkty môžu byť spoľahlivé a reprodukovateľne vyrobené a zabráni sa akejkoľvek nežiaducej degradácii častíc alebo kvapaliny.

Robustný a ľahko čistiteľný

Ultrazvukový reaktor sa skladá z reaktorovej nádoby a ultrazvukovej sonotrody. Toto je jediná časť, ktorá podlieha opotrebovaniu a dá sa ľahko vymeniť v priebehu niekoľkých minút. Príruby na oddeľovanie oscilácií umožňujú montáž sonotródy do otvorených alebo uzavretých tlakových nádob alebo prietokových buniek v akejkoľvek orientácii. Nie sú potrebné žiadne ložiská. Reaktory s prietokovými bunkami sú vo všeobecnosti vyrobené z nehrdzavejúcej ocele a majú jednoduchú geometriu a dajú sa ľahko rozobrať a vymazať. Neexistujú žiadne malé otvory ani skryté rohy.

Ultrazvuková čistička na mieste

Ultrazvuková intenzita používaná na dispergované aplikácie je oveľa vyššia ako pri typickom ultrazvukovom čistení. Preto je možné ultrazvukový výkon použiť na pomoc pri čistení počas preplachovania a oplachovania, pretože ultrazvuková kavitácia odstraňuje častice a zvyšky kvapalín zo sonotródy a zo stien prietokových buniek.