Ултразвучно смањење величине честица у мастилу (нпр. за инкџет штампу)

Ултразвучна кавитација је ефикасно средство за дисперговање и микромлевење (мокро млевење) пигмената мастила. Ултразвучни диспергатори се успешно користе у истраживању, као и у индустријској производњи инкџет мастила која се очвршћавају UV зрачењем или су на бази воде или растварача.

Нанодиспергована инкџет мастила

Ултразвук је веома ефикасан у смањењу величине честица у опсегу од 500µm до приближно 10nm.
Када се ултразвучни третман користи за дисперговање наночестица у инкџет мастилу, опсег боја мастила, постојаност и квалитет штампе могу се знатно побољшати. Зато се ултразвучни уређаји са сондом широко користе у производњи инкџет мастила која садрже наночестице, специјалних мастила (нпр. проводних мастила, мастила за 3D штампу, мастила за тетовирање) и боја.
 

Графикони испод приказују пример црних пигмената у инкџет мастилу који нису третирани ултразвуком у поређењу са ултразвучно диспергованим пигментима. Ултразвучни третман је изведен ултразвучном сондом UIP1000hdT. Резултат ултразвучног третмана је видљиво мања величина честица и веома уска расподела величине честица.

Ултразвучно дисперговање доводи до знатно мањих и уједначенијих честица пигмената мастила. (зелени графикон: пре ултразвучног третмана – црвени графикон: после ултразвучног третмана)

Како ултразвучно дисперговање побољшава квалитет инкџет мастила?

Ултразвучни уређаји високог интензитета су веома ефикасни за дисперговање, смањење величине и равномерну расподелу наночестица.
То значи да дисперговање наночестица ултразвуком у инкџет мастилу може побољшати његова својства и постојаност. Наночестице су веома мале честице величине од 1 до 100 нанометара и имају јединствена својства која могу побољшати инкџет мастило на неколико начина.

• Прво, наночестице могу побољшати опсег боја инкџет мастила, који се односи на распон боја које се могу добити. Када су наночестице равномерно дисперговане ултразвучним уређајем са сондом, мастило последично даје живље и засићеније боје. То је зато што наночестице могу расипати и одбијати светлост на начине на које традиционалне боје и пигменти не могу, што доводи до побољшане репродукције боја.
• Друго, хомогено дисперговане наночестице могу повећати отпорност инкџет мастила на блеђење, воду и размазивање. То је зато што се наночестице могу јаче везати за папир или другу подлогу, стварајући постојанију и дуготрајнију слику. Поред тога, наночестице могу спречити разливање мастила у папиру, које може изазвати размазивање и смањити оштрину одштампане слике.
• На крају, ултразвучно дисперговане наночестице могу побољшати и квалитет штампе и резолуцију инкџет мастила. Ултразвучни диспергатори су изузетно ефикасни када је реч о млевењу и мешању наночестица у течностима. Употребом мањих честица мастило може стварати финије и прецизније линије, што резултира оштријим и јаснијим сликама. То је посебно важно у применама као што су висококвалитетна штампа фотографија и штампа уметничких репродукција.

Контрола параметара процеса и резултата дисперговања

Величина честица и расподела величине честица пигмената мастила утичу на многе карактеристике производа, као што су моћ бојења или квалитет штампе. Када је реч о инкџет штампи, мала количина већих честица може довести до нестабилности дисперзије, седиментације или отказа инкџет млазнице. Зато је за квалитет инкџет мастила важно имати добру контролу над процесом смањења величине честица који се користи у производњи.

Проточна обрада нанодисперзија за инкџет мастила

Ултразвучни реактори Hielscher обично се користе у проточној линији. Мастило за инкџет штампу пумпа се у реакторску посуду. Тамо се излаже ултразвучној кавитацији контролисаног интензитета. Време излагања зависи од запремине реактора и брзине довода материјала. Соникација у проточној линији елиминише заобилажење јер све честице пролазе кроз реакторску комору дуж дефинисане путање. Пошто су све честице током сваког циклуса изложене идентичним параметрима соникације током истог времена, ултразвучни третман обично сужава и помера криву расподеле уместо да је шири. Ултразвучно дисперговање даје релативно симетричне расподеле величине честица. Генерално, код сонираних узорака не може се уочити издужени десни реп – негативна асиметрија криве узрокована померањем ка крупнијем материјалу („реп“ на десној страни).

Дисперговање при контролисаним температурама: хлађење процеса

За носеће медијуме осетљиве на температуру, Hielscher нуди реакторе са проточном ћелијом и расхладним плаштом за све лабораторијске и индустријске уређаје. Хлађењем унутрашњих зидова реактора може се ефикасно одводити процесна топлота.

Слике испод приказују пигмент чађи диспергован ултразвучном сондом UIP1000hdT у УВ мастилу.

Ултразвучно дисперговање обезбеђује ефикасно смањење величине честица и равномерну расподелу пигмената чађи у УВ мастилу.

Дисперговање и деагломерација мастила за инкџет штампу у било којој размери

Hielscher производи опрему за ултразвучно дисперговање за обраду мастила било које запремине. Лабораторијски ултразвучни хомогенизатори користе се за запремине од 1,5mL до приближно 2L и идеални су за фазу истраживања и развоја формулација мастила, као и за испитивања квалитета. Поред тога, испитивања изводљивости у лабораторији омогућавају прецизан избор потребне величине опреме за комерцијалну производњу.
Индустријски ултразвучни диспергатори користе се у производњи за шарже од 0,5 до приближно 2000L или протоке од 0,1L до 20m³ на сат. За разлику од других технологија дисперговања и млевења, ултразвучни третман може се лако пренети на веће размере јер се сви важни процесни параметри могу линеарно скалирати.

Табела испод приказује опште препоруке за избор ултразвучних уређаја у зависности од запремине шарже или протока који треба обрадити.

 
Како раде ултразвучни диспергатори? – Принцип рада акустичке кавитације
Ултразвучна кавитација је процес у којем се високофреквентни звучни таласи користе за стварање малих гасних мехурића у течности. Када су мехурићи изложени високом притиску, могу да колабирају, односно имплодирају, нагло ослобађајући енергију. Ова енергија може се користити за дисперговање честица у течности, уситњавајући их.
При ултразвучној кавитацији, звучне таласе генерише ултразвучни претварач, који је обично постављен на сонду или сонотроду. Претварач претвара електричну енергију у механичку енергију у облику звучних таласа, који се затим преносе у течност кроз сонду или сонотроду. Када звучни таласи доспеју у течност, стварају таласе високог притиска који могу изазвати имплозију гасних мехурића.
Постоји неколико потенцијалних примена ултразвучне кавитације у процесима дисперговања, укључујући производњу емулзија, дисперговање пигмената и пунила и деагломерацију честица. Ултразвучна кавитација може бити ефикасан начин дисперговања честица јер може генерисати велике силе смицања и унос енергије, а други важни процесни параметри, попут температуре и притиска, могу се прецизно контролисати, што омогућава прилагођавање процеса специфичним потребама примене. Ова прецизна контрола процеса једна је од истакнутих предности соникације јер се висококвалитетни производи могу производити поуздано и поновљиво, а избегава се свака нежељена деградација честица или течности.

Робусни и једноставни за чишћење

Ултразвучни реактор се састоји од реакторске посуде и ултразвучне сонотроде. Сонотрода је једини део који је подложан хабању и може се лако заменити за неколико минута. Прирубнице за изолацију осцилација омогућавају уградњу сонотроде у отворене или затворене посуде које могу да раде под притиском или у проточне ћелије, у било ком положају. Лежајеви нису потребни. Реактори са проточним ћелијама углавном су израђени од нерђајућег челика, имају једноставну геометрију и могу се лако раставити и обрисати. Нема малих отвора ни скривених углова.

Ултразвучно чишћење на месту

Интензитет ултразвука који се користи за дисперговање много је већи него код уобичајеног ултразвучног чишћења. Зато се ултразвучна снага може користити као помоћ при чишћењу током пропирања и испирања, јер ултразвучна кавитација уклања честице и остатке течности са сонотроде и зидова проточне ћелије.