Mürekkepte Ultrasonik Boyut Küçültme (ör. Mürekkep Püskürtmeli Baskı İçin)

Ultrasonik kavitasyon, mürekkep pigmentlerinin dispersiyonu ve mikro öğütülmesi (yaş öğütme) için etkili bir yöntemdir. Ultrasonik disperserler, araştırmalarda ve UV, su veya solvent bazlı mürekkep püskürtmeli baskı mürekkeplerinin endüstriyel üretiminde başarıyla kullanılır.

Nano Dispersiyonlu Mürekkep Püskürtmeli Baskı Mürekkepleri

Ultrason, 500µm’den yaklaşık 10nm’ye kadar olan aralıktaki parçacıkların boyutunun küçültülmesinde çok etkilidir.
Mürekkep püskürtmeli baskı mürekkebindeki nanoparçacıkları disperse etmek için ultrasonikasyon kullanıldığında, mürekkebin renk gamı, dayanıklılığı ve baskı kalitesi önemli ölçüde iyileştirilebilir. Bu nedenle prob tipi sonikatörler, nanoparçacık içeren mürekkep püskürtmeli baskı mürekkeplerinin, özel mürekkeplerin (ör. iletken mürekkepler, 3D baskıya uygun mürekkepler, dövme mürekkepleri) ve boyaların üretiminde yaygın olarak kullanılır.
 

Aşağıdaki grafikler, mürekkep püskürtmeli baskı mürekkebindeki sonikasyon uygulanmamış siyah pigmentlerle ultrasonik olarak disperse edilmiş siyah pigmentlerin karşılaştırılmasına ilişkin bir örnek gösterir. Ultrasonik işlem, UIP1000hdT ultrasonik probu ile gerçekleştirilmiştir. Ultrasonik işlemin sonucu, gözle görülür biçimde daha küçük bir parçacık boyutu ve çok dar bir parçacık boyutu dağılımıdır.

Ultrasonik dispersiyon, önemli ölçüde daha küçük ve daha homojen mürekkep pigmentleri sağlar. (yeşil grafik: sonikasyon öncesi – kırmızı grafik: sonikasyon sonrası)

Ultrasonik Dispersiyon Mürekkep Püskürtmeli Baskı Mürekkebinin Kalitesini Nasıl İyileştirir?

Yüksek yoğunluklu sonikatörler, nanoparçacıkların dispersiyonu, boyutunun küçültülmesi ve homojen dağılımı için son derece verimlidir.
Bu, mürekkep püskürtmeli baskı mürekkebindeki nanoparçacıkların ultrasonla disperse edilmesinin mürekkebin performansını ve dayanıklılığını iyileştirebileceği anlamına gelir. Nanoparçacıklar, boyutları 1 ile 100 nanometre arasında olan çok küçük parçacıklardır ve mürekkep püskürtmeli baskı mürekkebini çeşitli yönlerden iyileştirebilen benzersiz özelliklere sahiptir.

• İlk olarak, nanoparçacıklar mürekkep püskürtmeli baskı mürekkebinin renk gamını, yani üretilebilen renklerin aralığını iyileştirebilir. Nanoparçacıklar prob tipi bir sonikatörle homojen biçimde disperse edildiğinde, mürekkep bunun sonucunda daha canlı ve doygun renkler sergiler. Bunun nedeni, nanoparçacıkların ışığı geleneksel boyar maddelerin ve pigmentlerin yapamadığı şekillerde saçabilmesi ve yansıtabilmesi, böylece renklerin daha iyi yeniden üretilmesini sağlamasıdır.
• İkinci olarak, homojen biçimde disperse edilmiş nanoparçacıklar, mürekkep püskürtmeli baskı mürekkebinin solmaya, suya ve bulaşmaya karşı direncini artırabilir. Bunun nedeni, nanoparçacıkların kâğıda veya diğer baskı altlıklarına daha güçlü bağlanarak daha dayanıklı ve daha uzun ömürlü bir görüntü oluşturabilmesidir. Ayrıca nanoparçacıklar, mürekkebin kâğıt içinde yayılmasını önleyebilir; bu yayılma, bulaşmaya neden olabilir ve basılı görüntünün keskinliğini azaltabilir.
• Son olarak, ultrasonik olarak disperse edilmiş nanoparçacıklar, mürekkep püskürtmeli baskı mürekkebinin baskı kalitesini ve çözünürlüğünü de iyileştirebilir. Ultrasonik disperserler, sıvılarda nanoparçacıkların öğütülmesi ve karıştırılması konusunda olağanüstü verimlidir. Daha küçük parçacıkların kullanılmasıyla mürekkep, daha ince ve daha hassas çizgiler oluşturarak daha keskin ve daha net görüntüler sağlayabilir. Bu, özellikle yüksek kaliteli fotoğraf baskısı ve güzel sanatlar baskısı gibi uygulamalarda önemlidir.

Proses Parametreleri ve Dispersiyon Sonuçları Üzerinde Kontrol

Mürekkep pigmentlerinin parçacık boyutu ve parçacık boyutu dağılımı, renklendirme gücü veya baskı kalitesi gibi birçok ürün özelliğini etkiler. Mürekkep püskürtmeli baskıda, az miktarda daha büyük parçacık bulunması dispersiyon kararsızlığına, çökelmeye veya mürekkep püskürtme nozülünün arızalanmasına yol açabilir. Bu nedenle, üretimde kullanılan boyut küçültme prosesi üzerinde iyi bir kontrol sağlanması, mürekkep püskürtmeli baskı mürekkebinin kalitesi açısından önemlidir.

Mürekkep Püskürtmeli Baskı Mürekkepleri İçin Nanodispersiyonların Hat İçinde İşlenmesi

Hielscher ultrasonik reaktörleri yaygın olarak hat içinde kullanılır. Mürekkep püskürtmeli baskı mürekkebi reaktör kabına pompalanır. Burada kontrollü bir yoğunlukta ultrasonik kavitasyona maruz bırakılır. Maruz kalma süresi, reaktör hacmine ve malzeme besleme debisine bağlıdır. Hat içi sonikasyon, tüm parçacıklar belirlenmiş bir yolu izleyerek reaktör haznesinden geçtiği için baypası ortadan kaldırır. Tüm parçacıklar her çevrimde aynı süre boyunca aynı sonikasyon parametrelerine maruz kaldığından, ultrasonikasyon genellikle dağılım eğrisini genişletmek yerine daraltır ve kaydırır. Ultrasonik dispersiyon, nispeten simetrik parçacık boyutu dağılımları oluşturur. Genel olarak, sağa kuyruklanma – iri malzemelere doğru kaymanın neden olduğu, eğrinin negatif çarpıklığı (sağ tarafta bir “kuyruk”) – sonikasyon uygulanmış numunelerde gözlenemez.

Kontrollü Sıcaklıklarda Dispersiyon: Proses Soğutması

Sıcaklığa duyarlı taşıyıcı ortamlar için Hielscher, tüm laboratuvar ve endüstriyel cihazlar için ceketli akış hücresi reaktörleri sunar. Reaktörün iç duvarları soğutularak proses ısısı etkili biçimde uzaklaştırılabilir.

Aşağıdaki görseller, UV mürekkebinde UIP1000hdT ultrasonik probu ile disperse edilmiş karbon siyahı pigmentini gösterir.

Ultrasonik dispersiyon, UV mürekkebindeki karbon siyahı pigmentlerinin parçacık boyutunun etkili biçimde küçültülmesini ve homojen dağılımını sağlar.

Her Ölçekte Mürekkep Püskürtmeli Baskı Mürekkeplerinin Dispersiyonu ve Deaglomerasyonu

Hielscher, her hacimde mürekkebin işlenmesi için ultrasonik dispersiyon ekipmanları üretir. Ultrasonik laboratuvar homojenizatörleri, 1,5mL ile yaklaşık 2L arasındaki hacimler için kullanılır ve hem mürekkep formülasyonlarının Ar-Ge aşaması hem de kalite testleri için idealdir. Ayrıca laboratuvardaki fizibilite testleri, ticari üretim için gereken ekipman boyutunun doğru biçimde seçilmesini sağlar.
Endüstriyel ultrasonik disperserler, üretimde 0,5 ile yaklaşık 2000L arasındaki parti hacimleri veya saatte 0,1L ile 20m³ arasındaki debiler için kullanılır. Diğer dispersiyon ve öğütme teknolojilerinden farklı olarak, tüm önemli proses parametreleri doğrusal olarak ölçeklendirilebildiğinden ultrasonikasyonun ölçeği kolayca büyütülebilir.

Aşağıdaki tablo, işlenecek parti hacmine veya debiye bağlı olarak genel sonikatör önerilerini gösterir.

 
Ultrasonik Disperserler Nasıl Çalışır? – Akustik Kavitasyonun Çalışma Prensibi
Ultrasonik kavitasyon, bir sıvıda küçük gaz kabarcıkları oluşturmak için yüksek frekanslı ses dalgaları kullanan bir prosestir. Kabarcıklar yüksek basınca maruz kaldığında çökebilir veya içe doğru patlayabilir ve ani bir enerji açığa çıkarabilir. Bu enerji, sıvıdaki parçacıkları daha küçük boyutlara parçalayarak disperse etmek için kullanılabilir.
Ultrasonik kavitasyonda ses dalgaları, genellikle bir proba veya horna monte edilen bir ultrasonik dönüştürücü tarafından üretilir. Dönüştürücü, elektrik enerjisini ses dalgaları biçimindeki mekanik enerjiye dönüştürür; bu dalgalar daha sonra prob veya horn aracılığıyla sıvıya iletilir. Ses dalgaları sıvıya ulaştığında, gaz kabarcıklarının içe doğru patlamasına neden olabilen yüksek basınç dalgaları oluşturur.
Dispersiyon proseslerinde ultrasonik kavitasyonun, emülsiyon üretimi, pigmentlerin ve dolgu maddelerinin dispersiyonu ve parçacıkların deaglomerasyonu dâhil olmak üzere çeşitli potansiyel uygulamaları vardır. Ultrasonik kavitasyon, yüksek kesme kuvvetleri ve enerji girdisi oluşturabildiği ve sıcaklık ile basınç gibi diğer önemli proses parametreleri de hassas biçimde kontrol edilebildiği için parçacıkları disperse etmenin etkili bir yolu olabilir; böylece proses, uygulamanın özel ihtiyaçlarına göre uyarlanabilir. Bu hassas proses kontrolü, yüksek kaliteli ürünlerin güvenilir ve tekrarlanabilir biçimde üretilebilmesini ve parçacıkların veya sıvının istenmeyen herhangi bir bozunmasının önlenmesini sağladığından, sonikasyonun öne çıkan avantajlarından biridir.

Sağlam ve Kolay Temizlenebilir

Bir ultrasonik reaktör, reaktör kabından ve ultrasonik sonotrottan oluşur. Sonotrot, aşınmaya maruz kalan tek parçadır ve birkaç dakika içinde kolayca değiştirilebilir. Salınımı mekanik olarak ayıran flanşlar, sonotrodun açık veya kapalı, basınçlandırılabilir kaplara ya da akış hücrelerine herhangi bir yönde monte edilmesini sağlar. Yataklara ihtiyaç yoktur. Akış hücresi reaktörleri genellikle paslanmaz çelikten yapılır, basit geometrilere sahiptir ve kolayca sökülüp silinerek temizlenebilir. Küçük delikler veya gizli köşeler bulunmaz.

Ultrasonik Yerinde Temizleme

Dispersiyon uygulamalarında kullanılan ultrasonik yoğunluk, tipik ultrasonik temizlemede kullanılandan çok daha yüksektir. Bu nedenle ultrasonik güç, yıkama ve durulama sırasında temizlemeye yardımcı olmak için kullanılabilir; çünkü ultrasonik kavitasyon, sonotrottan ve akış hücresi duvarlarından parçacıkları ve sıvı kalıntılarını uzaklaştırır.