Sterilizacija in disperzija premazov na vodni osnovi brez biocidov

Premazi na vodni osnovi se pogosto uporabljajo, ker omogočajo formulacije z nizko vsebnostjo hlapnih organskih spojin, varnejše ravnanje in bolj trajnostno proizvodnjo. Hkrati pa so zaradi vsebnosti vode zelo dovzetni za mikrobno onesnaženje. Bakterije, kvasovke in plesni lahko vstopijo v izdelek prek surovin, rezervoarjev, cevovodov, polnilnih sistemov ali izpostavljenosti okolju med proizvodnjo in skladiščenjem. Ko pride do kontaminacije, se lahko mikroorganizmi hitro razmnožijo in ogrozijo kakovost izdelka in rok trajanja.
Zato je mikrobna stabilnost ključni dejavnik kakovosti pri barvah, premazih, črnilih in pigmentnih disperzijah na vodni osnovi.

Sonikacija združuje disperzijo pigmentov in nadzor mikrobov v enem industrijskem procesu

Tradicionalno se proizvajalci zanašajo na konzervanse in biocide v pločevinkah za nadzor kvarjenja. Vendar pa vse večji pritisk predpisov in naraščajoče povpraševanje po čistejših formulacijah spodbujata iskanje alternativ. Sonikacija visoke intenzivnosti ponuja zelo učinkovito rešitev, saj omogoča hkratno dispergiranje in sterilizacijo v enem postopku.
Za proizvajalce premazov to pomeni, da ultrazvočna obdelava ni le tehnologija disperzije. Je tudi močno procesno orodje za izboljšanje mikrobiološke stabilnosti, hkrati pa podpira strategije formulacije z nizko vsebnostjo biocidov ali brez biocidov.

Zakaj je mikrobna stabilnost pri barvah na vodni osnovi ključnega pomena za industrijo

Mikrobna kontaminacija neposredno vpliva na kakovost izdelkov in zanesljivost postopkov: Mikrobiološka stabilnost barv je zelo pomembna za industrijo, saj lahko mikrobiološka rast povzroči vrsto napak na izdelku in proizvodnih težav. Formulacije na vodni osnovi pogosto vsebujejo organske sestavine, kot so veziva, dispergatorji, vlažila, zgoščevalci in penilci. Te sestavine lahko ustvarijo ugodno okolje za rast mikrobov, če pride do kontaminacije med predelavo ali skladiščenjem.

V industrijski praksi lahko nezadosten nadzor mikrobov povzroči:

• nihanje viskoznosti in spremembe pH
• nastajanje plina in nabrekanje posode
• neprijeten vonj in razbarvanje
• zmanjšana stabilnost pri skladiščenju
• napake na filmu in nedosledno obnašanje pri uporabi.
• povečana pogostost čiščenja in z onesnaženjem povezani izpadi.

Mikrobno kvarjenje ne poškoduje le izdelka. Povzroči lahko tudi ponavljajoče se higienske težave v rezervoarjih, ceveh in recirkulacijskih zankah, kar vodi v izgubo proizvodnje, predelave, pritožbe strank in stroške odstranjevanja. Zato mikrobna stabilnost ni sekundarna lastnost. Je temeljna zahteva za komercialno uspešne premaze na vodni osnovi.

Kako deluje sonikacija pri premazih na vodni osnovi

Akustična kavitacija povzroča močan strižni tok in mikrobne motnje: Ultrazvok visoke moči deluje z akustično kavitacijo. Ko ultrazvočni valovi prehajajo skozi tekočino, nastanejo mikroskopski mehurčki, ki rastejo in implozirajo. Ti kavitacijski dogodki povzročajo zelo lokalizirane strižne sile, turbulenco, spremembe tlaka in mikrodelce.
Pri premazih na vodni osnovi so ti učinki dragoceni, saj hkrati delujejo na delce in mikroorganizme. Pigmentni aglomerati se učinkovito razbijejo na drobnejše delce, medtem ko se mikrobne celice mehansko poškodujejo in inaktivirajo. Zaradi tega je sonikacija še posebej privlačna za formulacije, pri katerih sta bistvenega pomena tako kakovost disperzije kot mikrobna stabilnost.

En procesni korak zagotavlja dve ključni funkciji

Namesto da bi disperzijo pigmenta in nadzor mikrobov obravnavali kot ločeni nalogi, ju s sonikacijo združimo v eno samo operacijo. Ta dvojni učinek ponuja jasno industrijsko prednost.

Ista ultrazvočna energija, ki deaglomerira skupke pigmentov in enakomerno razprši delce, lahko zmanjša tudi število mikroorganizmov v premazu. Zato sonikacija podpira:

• finejša in enakomernejša disperzija pigmenta
• izboljšana barvna obstojnost in optična konsistenca
• zmanjšano mikrobiološko onesnaženje med predelavo.
• izboljšana stabilnost izdelkov na vodni osnovi pri skladiščenju.
• manjša odvisnost od konzervansov in biocidov v pločevinkah.

Zato je sonikacija zelo pomembna za razvoj bolj trajnostnih premaznih sistemov s čistejšo etiketo.
 

Ultrazvočno razpršen silicijev dioksid: rdeča krivulja – neobdelana; zelena krivulja: po ultrazvočni disperziji

Prednosti hkratne disperzije in sterilizacije barvnih pigmentov

1. Boljša kakovost disperzije izboljša učinkovitost premazov
   Pigmenti in polnila pogosto tvorijo aglomerate, ki jih je težko razbiti z nezadostno mehansko energijo. Sonikacija zagotavlja intenzivno in ciljno usmerjeno striženje, zato je zelo učinkovita pri deaglomeraciji in zmanjševanju velikosti delcev. Finejša disperzija lahko izboljša več lastnosti končnega premaza, vključno z razvojem barve, motnostjo, sijajem in dolgoročno stabilnostjo.
2. Hkratna sterilizacija podpira zmanjšanje količine biocidov
   Hkrati lahko ultrazvočna kavitacija poškoduje mikrobne celice v tekoči fazi. S tem se zmanjša kontaminacija v toku izdelka in izboljša mikrobna stabilnost, ne da bi se pri tem zanašali izključno na kemično konzerviranje. Za proizvajalce, ki si prizadevajo za sisteme z nizko vsebnostjo biocidov ali brez biocidov, je to pomembna procesna prednost.
3. Intenzifikacija procesov zmanjšuje kompleksnost
   Združevanje dveh ključnih ciljev procesa v enem koraku v liniji poenostavi proizvodnjo. Proizvajalci premazov lahko namesto ločenih stopenj obdelave za disperzijo in nadzor mikrobov oboje vključijo v en nadzorovan postopek sonikacije. S tem se zmanjša število opravil, podpira čistejša proizvodnja in izboljša ponovljivost.

Zakaj je predelava brez biocidov vse pomembnejša

Regulativne, okoljske in tržne zahteve spreminjajo strategije formulacije
Premik k premazom z nizko vsebnostjo biocidov in brez biocidov je posledica več industrijskih dejavnikov. Regulativni okviri postajajo strožji, okoljska pričakovanja se povečujejo, stranke pa zahtevajo varnejše in bolj trajnostne izdelke z manj problematičnimi snovmi.
V tem kontekstu tehnologije fizikalnih procesov pridobivajo na strateškem pomenu. Sonikacija je še posebej privlačna, ker ne zamenjuje le enega dodatka z drugim. Uvaja nekemično načelo obdelave, ki z mehansko energijo izboljša disperzijo in mikrobno stabilnost.

Za formulatorje in vodje proizvodnje to prinaša več prednosti:

• podpora bolj trajnostnim konceptom izdelkov.
• manjša odvisnost od konvencionalnih konzervansov.
• izboljšana procesna higiena
• močnejši položaj za premaze na vodni osnovi naslednje generacije

Zakaj so Hielscherjevi sonikatorji najboljša rešitev za industrijsko proizvodnjo premazov

Natančen nadzor za ponovljive pogoje obdelave

Hielscherjevi sonikatorji so zasnovani za nadzor industrijskih procesov. Pri proizvodnji premazov je natančen nadzor nad parametri sonikacije bistvenega pomena, saj je obnašanje formulacije odvisno od vrste pigmenta, vsebnosti trdnih snovi, viskoznosti, temperature, hitrosti pretoka in intenzivnosti obdelave.

Hielscherjevi sistemi omogočajo natančno nastavitev pomembnih procesnih parametrov, kot so:

• amplituda
• pritisk
• pretok / čas zadrževanja
• temperatura
• Vnos energije

Ta natančnost omogoča proizvajalcem, da optimizirajo disperzijo pigmenta, kar izboljša kakovost formulacije in doseže ponovljivo zmanjšanje mikrobov.

Slike SEM vegetativnih celic B. subtilis pred (a) in po 30-minutnem ultrazvočnem obsevanju (b), (c).
Študija in slika: © Hashimoto et al., 2020

Pretočne celice pod pritiskom za intenzivnejše sonikacijo

Povišan tlak poveča intenzivnost kavitacije
Ključna prednost Hielscherjeve tehnologije je uporaba reaktorjev s pretočnimi celicami, ki jih je mogoče nadzorovati pod pritiskom. Tlak močno vpliva na kavitacijsko obnašanje. Pod povišanim tlakom postane kavitacija intenzivnejša in učinkovitejša, kar je še posebej dragoceno za zahtevne disperzije in neprekinjeno mikrobno inaktivacijo.

Podpora pretočnim celicam, ki jih je mogoče pod pritiskom:

• okrepljeno ultrazvočno zdravljenje
• učinkovitejša deaglomeracija
• izboljšana učinkovitost procesov.
• večja zmogljivost pri neprekinjenem delovanju

Za industrijske obrate za premaze to pomeni, da je mogoče ultrazvočno obdelavo prilagoditi ne le laboratorijski izvedljivosti, temveč tudi dejanski proizvodni zmogljivosti in zahtevam izdelkov.

Inline obdelava za neprekinjeno proizvodnjo

Sonikacijo je mogoče vključiti neposredno v proizvodno linijo
Hielscherjevi sonikatorji so zelo primerni za inline obdelavo. To omogoča, da se premazi na vodni osnovi obdelujejo neprekinjeno, ko gredo skozi proizvodni sistem. Inline sonikacija se dobro prilega industrijski proizvodnji, saj se izogne nepotrebnemu ravnanju s serijami in jo je mogoče vključiti v prenosne zanke, recirkulacijske sisteme ali namenske procesne linije.

Inline obdelava ima očitne operativne prednosti:

• neprekinjeno zdravljenje pod določenimi pogoji
• lažje vključevanje v obstoječe obrate.
• zmanjšano ročno rokovanje.
• izboljšana učinkovitost in doslednost procesov.

Za proizvajalce premazov tako sonikacija postane praktična proizvodna tehnologija in ne le laboratorijska metoda.

TiO2 sušen z razprševanjem pred in po ultrazvočnem rezkanju

Linearna razširljivost od laboratorija do industrijske proizvodnje

Procesne parametre je mogoče zanesljivo prenesti med različnimi skalami
Povečanje obsega je ključno vprašanje pri razvoju procesov. Hielscherjevi ultrazvočni sistemi so zasnovani za linearno razširljivost, kar pomeni, da se lahko procesni pogoji, določeni v laboratorijskem ali pilotnem merilu, sistematično prenesejo v industrijsko proizvodnjo.
To je še posebej pomembno za podjetja, ki razvijajo inovativne premaze z nizko vsebnostjo biocidov, saj zmanjšuje tveganje med izvajanjem in pomaga pospešiti komercializacijo.

Prednosti linearne razširljivosti so:

• lažji razvoj procesov.
• zanesljiv prenos iz R&D v proizvodnjo
• predvidljivo delovanje pri večji prepustnosti
• manjša negotovost pri povečanju obsega.

Enostavno čiščenje in higienična zasnova procesa

Čiščenje je pomembno, kadar je cilj mikrobna stabilnost
Če je nadzor mikrobov ključni cilj procesa, postane higiena opreme še pomembnejša. Hielscherjevi sonikatorji so zasnovani za praktično industrijsko čiščenje in enostavno integracijo v higienska procesna okolja.

Enostavno čiščenje pomaga proizvajalcem:

• zmanjšati tveganje za onesnaženje opreme.
• podpirajo dosleden nadzor mikrobov.
• skrajšati čiščenje in vzdrževanje.
• izboljšanje zanesljivosti procesa v ponavljajočih se proizvodnih ciklih.

Pri premazih na vodni osnovi, kjer se onesnaženje lahko zadržuje v rezervoarjih, mrtvih conah in prenosnih sistemih, ultrazvočna oprema, ki jo je enostavno očistiti, neposredno prispeva k stabilnosti izdelka in zanesljivosti delovanja.

Sonikirana barva krede na grindometru prikazuje popolnoma enakomerno deaglomeracijo in porazdelitev velikosti delcev pigmentov

Ponovljivi rezultati za industrijsko zagotavljanje kakovosti

Doslednost je bistvenega pomena za proizvajalce premazov
Industrijska proizvodnja barv zahteva zelo ponovljive rezultate postopka. Optične lastnosti, reologija, rok uporabnosti in mikrobiološka stabilnost morajo ostati konsistentni od serije do serije in v dolgih proizvodnih obdobjih.

Hielscherjevi sonikatorji zagotavljajo ponovljive ultrazvočne pogoje, ki podpirajo:

• enakomerna disperzija pigmenta
• stabilno zmanjševanje velikosti delcev
• dosledna mikrobna obdelava
• zanesljiva kakovost izdelkov v vseh proizvodnih serijah.

Ta ponovljivost je bistvena za potrjevanje postopkov, zagotavljanje kakovosti in industrijsko uporabo ultrazvočne tehnologije.

Sonikacija kot strateška tehnologija za sodobne premaze na vodni osnovi

Industrija premazov se usmerja k formulacijam, ki so bolj trajnostne, vsebujejo manj nevarnih dodatkov in so bolj zanesljive. Sonikacija je v tej smeri izjemno primerna, saj hkrati rešuje dva glavna proizvodna izziva: potrebo po učinkoviti disperziji pigmenta in potrebo po mikrobiološki stabilnosti.
Z združitvijo teh funkcij v enem postopku sonikacija proizvajalcem pomaga poenostaviti proizvodnjo, izboljšati kakovost premazov in zmanjšati odvisnost od običajnih sistemov za konzerviranje. Zato je ultrazvočna obdelava zelo privlačna za arhitekturne barve, industrijske premaze, funkcionalne disperzije, črnila in podobne sisteme na vodni osnovi.
Hielscherjevi sonikatorji zagotavljajo industrijsko platformo, ki je potrebna za izvajanje te strategije v praksi. Njihov natančen nadzor, pretočne celice pod tlakom, možnost inline, linearna razširljivost, enostavno čiščenje in ponovljivi rezultati so še posebej primerni za zahtevne premaze.

Izkoristite prednosti ultrazvočne disperzije premazov in sterilizacije

Sterilizacija in disperzija premazov na vodni osnovi brez biocidov z uporabo sonikacije je zelo obetaven pristop za sodobno proizvodnjo barv. Sonikacija izboljša disperzijo pigmentov, zmanjša mikrobno obremenitev in podpira večjo stabilnost izdelka v enem integriranem postopku. Ta kombinacija je še posebej dragocena v industriji, ki je pod vse večjim pritiskom glede zmanjševanja količine konzervansov ob hkratnem ohranjanju visoke kakovosti izdelkov in učinkovitosti procesov.
Za proizvajalce barv in premazov na vodni osnovi ponujajo Hielscherjevi sonikatorji praktično in industrijsko preizkušeno rešitev. Njihova nadzorljivost procesa, inline integracija, okrepljena zasnova pretočnih celic, razširljivost, higienska čistoča in ponovljiva zmogljivost so odlična izbira za hkratno disperzijo in sterilizacijo pigmentov za barve.

Spodnja tabela vam prikazuje približno zmogljivost obdelave naših ultrazvočnih aparatov:

Projektiranje, izdelava in svetovanje – Kakovost izdelana v Nemčiji

Hielscher ultrazvočni aparati so znani po svojih najvišjih standardih kakovosti in oblikovanja. Robustnost in enostavno upravljanje omogočata nemoteno integracijo naših ultrazvočnih aparatov v industrijske objekte. Težke pogoje in zahtevna okolja zlahka obvladajo Hielscher ultrasonicatorji.

Hielscher Ultrasonics je podjetje s certifikatom ISO in daje poseben poudarek visoko zmogljivim ultrazvočnim aparatom z najsodobnejšo tehnologijo in prijaznostjo do uporabnika. Seveda so Hielscher ultrazvočni aparati skladni s CE in izpolnjujejo zahteve UL, CSA in RoHs.

Literatura / Reference