Ultrazvočna kavitacija je učinkovito sredstvo za razprševanje in mikro brušenje (vlažitev) črnilnih pigmentov. Ultrazvočni razpršilniki se uspešno uporabljajo v raziskavah, kot tudi pri industrijski proizvodnji UV-, vode- ali topil na osnovi črnila.

Črnila za brizgalne brizge nano razpršena

Ultrazvok je zelo učinkovit pri zmanjšanju velikosti delcev v razponu od 500μm navzdol do približno 10nm.
Ko se ultrasonication uporablja za razprševanje nanodelcev v črnilo inkjet, črnilo barve gamut, vzdržljivost, in kakovost tiskanja je mogoče bistveno izboljšati. Zato se ultrasonikatorji tipa sonde pogosto uporabljajo pri izdelavi črnil, ki vsebujejo nanodelce, specialnih črnil (npr. prevodnih črnil, 3D-tiskanih črnil, črnil za tetovaže) in barv.
 

Spodnji grafi prikazujejo primer za nezvočno vs ultrazvočno razpršene črne pigmente v brizgalnem črnilu. Ultrazvočno zdravljenje je bilo izvedeno z ultrazvočno sondo UIP1000hdT. Rezultat ultrazvočnega zdravljenja je vidno manjša velikost delcev in zelo ozka porazdelitev velikosti delcev.

Ultrazvočna disperzija ima za rezultat bistveno manjše in bolj enotne pigmente črnila. (zeleni graf: pred sonication – rdeči graf: po sonication)

Kako ultrazvočna disperzija izboljša kakovost črnila Inkjet?

Ultrasonicatorji visoke intenzivnosti so zelo učinkoviti za disperzijo, zmanjšanje velikosti in enotno porazdelitev nanodelcev.
To pomeni, da lahko izpiranje nanodelcev z ultrazvočnimi v črnilo inkjet izboljša svojo učinkovitost in vzdržljivost. Nanodelci so zelo majhni delci z velikostmi v območju od 1 do 100 nanometrov, in imajo edinstvene lastnosti, ki lahko povečajo črnilo brizgalne brizge na več načinov.

• Prvič, nanodelci lahko izboljšajo barvno gamut črnila inkjet, ki se nanaša na obseg barv, ki jih je mogoče proizvesti. Ko se nanodelci enakomerno razpršijo z ultrazvočnim senzorjem tipa sonde, črnilo posledično izkaže bolj žive in nasičene barve. To je zato, ker nanodelci lahko raztresejo in odbijajo svetlobo na načine, ki jih tradicionalna barvila in pigmenti ne morejo, kar vodi do izboljšane reprodukcije barv.
• Drugič, homogeno razpršeni nanodelci lahko povečajo odpornost brizgalne črnila na omedlevanje, vodo in razmazanje. To je zato, ker se nanodelci lahko močneje povežejo s papirjem ali drugim substratom, kar ustvarja trpežnejšo in dolgotrajnejšo podobo. Poleg tega lahko nanodelci preprečijo krvavitev črnila v papir, kar lahko povzroči razmazanje in zmanjšanje ostrina natisnjene slike.
• Nazadnje lahko ultrazvočno razpršeni nanodelci izboljšajo tudi kakovost tiskanja in ločljivost črnila inkjet. Ultrazvočni razpršilniki so izjemno učinkoviti, ko gre za rezkanje in mešanje nanodelcev v tekočinah. S pomočjo manjših delcev lahko črnilo ustvari finejšo in bolj natančno črto, kar ima za posledico ostrejšo in jasnejšo sliko. To je še posebej pomembno pri aplikacijah, kot so kakovostno tiskanje fotografij in fino umetniško tiskanje.

Nadzor nad parametri procesa in rezultati disperzije

Velikost delcev in porazdelitev velikosti delcev pigmentov s črnilom vplivata na številne značilnosti izdelka, kot so niansiranje ali kakovost tiskanja. Pri brizgalnem tiskanju majhna količina večjih delcev lahko povzroči nestabilnost disperzije, sedimentacijo ali izpad brizgalne šobe. Zato je pomembno, da kakovost brizgalnih črnil dober nadzor nad postopkom zmanjševanja velikosti, ki se uporablja v proizvodnji.

Inline obdelava nano-disperzije za brizgalne črnila

Hielscher ultrazvočni reaktorji se običajno uporabljajo v vrsti. Črnilo brizgalne brizge se črpa v reaktorski posodi. Tam je izpostavljen ultrazvočni kavitacijo z nadzorovano intenzivnostjo. Čas osvetlitve je rezultat prostornine reaktorja in hitrosti krme materiala. Inline sonication odpravlja mimohod, ker vsi delci mimo reaktorske komore po določeni poti. Ker so vsi delci izpostavljeni enakim parametrom sonication za isti čas v vsakem ciklu, ultrasonication običajno zoži in prestavi krivuljo porazdelitve namesto razširitev. Ultrazvočna disperzija proizvaja relativno simetrične porazdelitve velikosti delcev. Na splošno, desni rep – negativna naris krivulja, ki jo povzroči premik na grobe materiale ("rep" na desni strani) – ni mogoče opaziti pri sonicated vzorcev.

Disperzija pod nadzorovanimi temperaturami: hlajenje procesa

Za vozila temperaturno občutljive, Hielscher ponuja plaščem, reaktorji tok celic za vse laboratorijske in industrijske naprave. S hlajenjem notranje stene reaktorja, lahko postopek toplotne učinkovito odvaja.

Spodnje slike prikazujejo ogljikov črni pigment razpršen z ultrazvočno sondo UIP1000hdT v UV črnilo.

Ultrazvočna disperzija zagotavlja učinkovito zmanjšanje velikosti delcev in enotno porazdelitev ogljikovih črnih pigmentov v UV črnilu.

Razpršitev in razgradnja črnil inkjet na kateri koli lestvici

Hielscher izdeluje ultrazvočno razpršilno opremo za obdelavo tin na kateri koli prostornini. Ultrazvočni laboratorijski homogenizatorji se uporabljajo za volumne od 1,5mL do približno 2L in so idealni za R +D stopnjo formulacij črnila kot tudi za kakovostna testiranja. Poleg tega preskus izvedljivosti v laboratoriju omogoča natančno izbiro zahtevane velikosti opreme za komercialno proizvodnjo.
Industrijski ultrazvočni razpršilci se uporabljajo v proizvodnji za sečnje od 0,5 do približno 2000L ali pretoka od 0,1L do 20m³ na uro. Od drugih tehnologij razprševanja in mletja je ultrasonication mogoče enostavno povišanje, saj je mogoče vse pomembne procesne parametre linearne lestvice.

Spodnja tabela prikazuje splošna ultrazvočna priporočila, odvisno od obsega serije ali pretoka, ki ga je treba obdelati.

 
Kako deluje ultrazvočni razpršilec? – Delovno načelo akustičnega kavitacije
Ultrazvočna kavitacija je proces, ki uporablja visoko frekvenčni zvočni valovi za ustvarjanje majhnih plinskih mehurčkov v tekočini. Ko so mehurčki izpostavljeni visokemu pritisku, se lahko zrušijo ali implodirajo in izločejo počilo energije. To energijo lahko uporabimo za razprševanje delcev v tekočini, ki jih razčleni na manjše velikosti.
V ultrazvočni kavitatvi zvočni valovi nastajajo z ultrazvočnim pretvornikom, ki je običajno nameščen na sondo ali rog. Pretvornik pretvori električno energijo v mehansko energijo v obliki zvočnih valov, ki se nato skozi sondo ali rog prenašajo v tekočino. Ko zvočni valovi dosežejo tekočino, ustvarijo visokotlačne valove, ki lahko povzročijo implode plinskih mehurčkov.
Obstaja več potencialnih aplikacij za ultrazvočno kavitacijo v procesih disperzije, vključno s proizvodnjo emulzije, disperzijo pigmentov in polnil, in deagglomeration delcev. Ultrazvočna kavitacija je lahko učinkovit način za razprševanje delcev, ker lahko ustvari visoke omejevalne sile in vnos energije, kot tudi druge pomembne parametre procesa, kot sta temperatura in tlak, je mogoče natančno nadzorovati, kar omogoča, da se postopek prilaga specifičnim potrebam aplikacije. Ta natančen procesni nadzor je ena od izrednih prednosti sonikacije, saj je kakovostne izdelke mogoče zanesljivo in razmnoževanje proizvajati in se izogibati kakršnemu koli nezaželenemu razgradnju delcev ali tekočine.

Robustna in enostaven za čiščenje

Ultrazvočni reaktor je sestavljen iz reaktorske posode in ultrazvočne sonotrode. To je edini del, ki je predmet nošnje in ga je mogoče enostavno nadomestiti v nekaj minutah. Nihajoče-nevezane prirobnice omogočajo namestitev sonotrode v odprte ali zaprte posode pod pritiskom ali pretočni celice v kateri koli orientaciji. Ležaji niso potrebna. Reaktorji pretoknih celic so na splošno izdelani iz nerjavečega jekla in imajo preproste geometrije in jih je mogoče enostavno razstaviti in izbrisati. Ni majhnih odprtišč ali skritih vogalov.

Ultrazvočni čistilec na mestu

Ultrazvočna intenzivnost, ki se uporablja za disperzijo aplikacij, je veliko višja kot za tipično ultrazvočno čiščenje. Zato se ultrazvočna moč lahko uporablja za pomoč pri čiščenju med izpiranje in izpiranje, saj ultrazvočna kavitacija odstrani delce in tekoče ostanke iz sonotrode in iz stene pretoka celic.