Ултразвучно смањење величине мастила (нпр. за инкјет)

Ултразвучна кавитација је ефикасно средство за дисперговање и микробрушење (мокро млевење) пигмената мастила. Ултразвучни дисперзатори се успешно користе у истраживању, као иу индустријској производњи инкјет мастила на бази УВ, воде или растварача.

Нано-дисперзна мастила за инкјет

Ултразвук је веома ефикасан у смањењу величине честица у опсегу од 500µм до цца. 10нм.
Када се ултразвучна обрада користи за дисперговање наночестица у мастилу за инкјет, распон боја мастила, издржљивост и квалитет штампе могу се значајно побољшати. Због тога се ултрасоникатори типа сонде широко користе у производњи мастила за инкјет мастила које садрже наночестице, специјалних мастила (нпр. проводних мастила, мастила за 3Д штампање, мастила за тетоваже) и боја.
 

Графикони испод показују пример за несонифициране наспрам ултразвучно дисперговане црне пигменте у мастилу за инкјет. Ултразвучни третман је изведен ултразвучном сондом УИП1000хдТ. Резултат ултразвучног третмана је видљиво мања величина честица и веома уска дистрибуција величине честица.

Ултразвучна дисперзија резултира знатно мањим и уједначенијим пигментима мастила. (зелени графикон: пре соникације – црвени графикон: након соникације)

Како ултразвучна дисперзија побољшава квалитет инкјет мастила?

Ултрасоникатори високог интензитета су високо ефикасни за дисперзију, смањење величине и уједначену дистрибуцију наночестица.
То значи да сипање наночестица ултразвуком у инкјет мастило може побољшати његове перформансе и издржљивост. Наночестице су веома мале честице величине од 1 до 100 нанометара и имају јединствена својства која могу побољшати инкјет мастило на неколико начина.

• Прво, наночестице могу побољшати распон боја инкјет мастила, што се односи на опсег боја које се могу произвести. Када се наночестице равномерно распршују ултразвучним апаратом типа сонде, мастило последично показује живље и засићеније боје. То је зато што наночестице могу да расипају и рефлектују светлост на начин на који традиционалне боје и пигменти не могу, што доводи до побољшане репродукције боја.
• Друго, хомогено дисперговане наночестице могу повећати отпорност инкјет мастила на бледење, воду и размазивање. То је зато што се наночестице могу јаче везати за папир или другу подлогу, стварајући трајнију и дуготрајнију слику. Поред тога, наночестице могу спречити да мастило исцури у папир, што може да изазове размазивање и смањи оштрину одштампане слике.
• На крају, ултразвучно дисперговане наночестице такође могу побољшати квалитет штампе и резолуцију инкјет мастила. Ултразвучни дисперзатори су изузетно ефикасни када је у питању млевење и мешање наночестица у течностима. Коришћењем мањих честица, мастило може да створи финије и прецизније линије, што резултира оштријим и јаснијим сликама. Ово је посебно важно у апликацијама као што су штампање фотографија високог квалитета и штампање ликовне уметности.

Контрола параметара процеса и резултата дисперзије

Величина честица и дистрибуција величине честица пигмената мастила утичу на многе карактеристике производа, као што су јачина нијанси или квалитет штампе. Када је у питању инкјет штампа, мала количина већих честица може довести до нестабилности дисперзије, седиментације или квара инкјет млазница. Из тог разлога је важно да се квалитет мастила за инкјет има добру контролу над процесом смањења величине који се користи у производњи.

Инлине обрада нано-дисперзија за инкјет мастила

Хиелсцхер ултразвучни реактори се обично користе у линији. Инкјет мастило се пумпа у реакторски суд. Тамо је изложен ултразвучној кавитацији контролисаног интензитета. Време излагања је резултат запремине реактора и брзине довода материјала. Инлине соникација елиминише заобилажење јер све честице пролазе кроз реакторску комору пратећи дефинисану путању. Како су све честице изложене идентичним параметрима соникације у исто време током сваког циклуса, ултразвучна обрада обично сужава и помера криву дистрибуције уместо да је шири. Ултразвучна дисперзија производи релативно симетричну расподелу величине честица. Уопштено, десни реп – негативан нагиб криве узрокован преласком на грубе материјале („реп“ десно) – не може се приметити на соницираним узорцима.

Дисперзија под контролисаним температурама: хлађење процеса

За возила осетљива на температуру, Хиелсцхер нуди реакторе проточне ћелије са омотачем за све лабораторијске и индустријске уређаје. Хлађењем унутрашњих зидова реактора, процесна топлота се може ефикасно распршити.

Слике испод приказују пигмент чађе распршене ултразвучном сондом УИП1000хдТ у УВ мастилу.

Ултразвучна дисперзија обезбеђује ефикасно смањење величине честица и равномерну дистрибуцију пигмената чађе у УВ мастилу.

Распршивање и деагломерација мастила за инкјет у било којој мери

Хиелсцхер прави ултразвучну опрему за распршивање за обраду мастила било које запремине. Ултразвучни лабораторијски хомогенизатори се користе за запремине од 1,5 мЛ до прибл. 2Л и идеални су за Р+Д фазу формулација мастила, као и за тестирање квалитета. Штавише, тест изводљивости у лабораторији омогућава да се прецизно одабере потребна величина опреме за комерцијалну производњу.
Индустријски ултразвучни дисперзатори се користе у производњи за серије од 0,5 до приближно 2000Л или протока од 0,1Л до 20м³ на сат. За разлику од других технологија за распршивање и млевење, ултразвучна обрада се може лако повећати јер се сви важни параметри процеса могу линеарно скалирати.

Табела у наставку приказује опште препоруке ултразвучног апарата у зависности од запремине серије или протока који се обрађује.

 
Како раде ултразвучни дисперзатори? – Принцип рада акустичне кавитације
Ултразвучна кавитација је процес који користи високофреквентне звучне таласе за стварање малих мехурића гаса у течности. Када су мехурићи подвргнути високом притиску, могу се срушити или имплодирати, ослобађајући налет енергије. Ова енергија се може користити за распршивање честица у течности, разлажући их на мање величине.
У ултразвучној кавитацији, звучне таласе генерише ултразвучни претварач, који се обично монтира на сонду или трубу. Претварач претвара електричну енергију у механичку енергију у облику звучних таласа, који се затим преносе у течност кроз сонду или трубу. Када звучни таласи стигну до течности, они стварају таласе високог притиска који могу изазвати експлозију мехурића гаса.
Постоји неколико потенцијалних примена за ултразвучну кавитацију у процесима дисперзије, укључујући производњу емулзија, дисперзију пигмената и пунила и деагломерацију честица. Ултразвучна кавитација може бити ефикасан начин за дисперговање честица јер може да генерише велике силе смицања и унос енергије, као и да се други важни процесни параметри као што су температура и притисак могу прецизно контролисати, што омогућава да се процес прилагоди специфичним потребама апликација. Ова прецизна контрола процеса је једна од истакнутих предности соникације јер се висококвалитетни производи могу производити поуздано и репродуктивно и избегава се свака нежељена деградација честица или течности.

Робустан и лак за чишћење

Ултразвучни реактор се састоји од реакторске посуде и ултразвучне сонотроде. Ово је једини део који је подложан хабању и може се лако заменити за неколико минута. Прирубнице за раздвајање осцилација омогућавају монтажу сонотроде у отворене или затворене посуде под притиском или проточне ћелије у било којој оријентацији. Нису потребни лежајеви. Реактори са проточним ћелијама су углавном направљени од нерђајућег челика и једноставне геометрије и лако се могу раставити и обрисати. Нема малих отвора или скривених углова.

Ултразвучни чистач на месту

Интензитет ултразвука који се користи за дисперговање је много већи него за типично ултразвучно чишћење. Због тога се ултразвучна снага може користити за помоћ при чишћењу током испирања и испирања, пошто ултразвучна кавитација уклања честице и остатке течности са сонотроде и са зидова проточне ћелије.