Стерилізація без біоцидів і диспергування покриттів на водній основі

Покриття на водній основі широко використовуються, оскільки вони підтримують формули з низьким вмістом летких органічних сполук, безпечніші у використанні та більш стійкі у виробництві. Водночас, вміст води робить їх дуже вразливими до мікробного забруднення. Бактерії, дріжджі та пліснява можуть потрапляти в продукт через сировину, резервуари, трубопроводи, системи розливу або під впливом навколишнього середовища під час виробництва та зберігання. Після забруднення мікроорганізми можуть швидко розмножуватися і ставити під загрозу як якість продукту, так і термін його придатності.
Ось чому мікробіологічна стійкість є критичним фактором якості фарб, покриттів, чорнил і пігментних дисперсій на водній основі.

Ультразвукова обробка поєднує диспергування пігменту та боротьбу з мікроорганізмами в одному промисловому процесі

Традиційно виробники покладаються на консерванти та біоциди, щоб запобігти псуванню консервів. Однак зростаючий регуляторний тиск та зростаючий попит на чистіші склади спонукають до пошуку альтернатив. Високоінтенсивна ультразвукова обробка пропонує високоефективне рішення, забезпечуючи одночасну дисперсію та стерилізацію в одному технологічному процесі.
Для виробників покриттів це означає, що ультразвукова обробка - це не тільки технологія диспергування. Це також потужний технологічний інструмент для покращення мікробіологічної стабільності та підтримки стратегій створення низькобіоцидних або безбіоцидних рецептур.

Чому мікробіологічна стійкість є критично важливою для водно-дисперсійних фарб

Мікробне забруднення безпосередньо впливає на якість продукції та надійність процесу: Мікробіологічна стійкість фарб має важливе промислове значення, оскільки ріст мікроорганізмів може спричинити низку дефектів продукції та виробничих проблем. Водні композиції часто містять органічні інгредієнти, такі як зв'язуючі речовини, диспергатори, змочувачі, загусники та піногасники. Ці компоненти можуть створювати сприятливе середовище для росту мікроорганізмів, якщо забруднення потрапляє в них під час переробки або зберігання.

У промисловій практиці недостатній мікробіологічний контроль може призвести до:

• дрейф в'язкості та зміни рН
• газоутворення та набрякання контейнерів
• неприємний запах і зміна кольору
• зниження стабільності зберігання
• дефекти плівки та непослідовна поведінка при нанесенні
• збільшення частоти прибирання та простоїв, пов'язаних із забрудненням

Мікробне псування не лише псує продукт. Воно також може створювати постійні проблеми з гігієною в резервуарах, трубах і контурах рециркуляції, що призводить до виробничих втрат, переробки, скарг клієнтів і витрат на утилізацію. З цієї причини мікробіологічна стійкість не є другорядною властивістю. Це основна вимога до комерційно успішних покриттів на водній основі.

Як працює ультразвукова обробка у покриттях на водній основі

Акустична кавітація створює інтенсивний зсув і руйнування мікробів: Високопотужний ультразвук працює через акустичну кавітацію. Коли ультразвукові хвилі проходять через рідину, мікроскопічні бульбашки утворюються, ростуть і вибухають. Ці кавітаційні явища генерують високо локалізовані зсувні сили, турбулентність, зміни тиску та мікрострумені.
У покриттях на водній основі ці ефекти є цінними, оскільки вони діють як на частинки, так і на мікроорганізми одночасно. Пігментні агломерати ефективно розбиваються на більш дрібні частинки, в той час як мікробні клітини механічно пошкоджуються та інактивуються. Це робить ультразвукову обробку особливо привабливою для формулювань, де важливими є як якість дисперсії, так і мікробна стабільність.

Один крок процесу забезпечує дві важливі функції

Замість того, щоб розглядати диспергування пігменту та боротьбу з мікроорганізмами як окремі завдання, ультразвукова обробка поєднує їх в одній операції. Цей подвійний ефект пропонує очевидну промислову перевагу.

Та ж ультразвукова енергія, яка деагломерує пігментні кластери і рівномірно диспергує частинки, може також зменшити життєздатне мікробне навантаження в покритті. Як результат, ультразвукова обробка підтримує:

• більш тонка та рівномірна дисперсія пігменту
• покращена сила кольору та оптична консистенція
• зменшення мікробного забруднення під час переробки
• покращення стабільності зберігання продуктів на водній основі
• менша залежність від консервантів та внутрішньобанкових біоцидів

Це робить ультразвукову обробку дуже актуальною для розробки більш стійких і чистих систем покриття етикеток.
 

Ультрачно диспергований діоксид кремнію: червона крива – без обробки; зелена крива: після ультразвукової дисперсії

Переваги одночасного диспергування та стерилізації фарбових пігментів

1. Краща якість диспергування покращує експлуатаційні характеристики покриття
   Пігменти та наповнювачі часто утворюють агломерати, які важко розбити за недостатньої механічної енергії. Ультразвукова обробка забезпечує інтенсивний і цілеспрямований зсув, що робить її високоефективною для деагломерації та зменшення розміру частинок. Більш тонка дисперсія може поліпшити кілька експлуатаційних характеристик кінцевого покриття, включаючи розвиток кольору, непрозорість, блиск і довгострокову стабільність.
2. Одночасна стерилізація сприяє зменшенню біоцидів
   У той же час, ультразвукова кавітація може пошкодити мікробні клітини, присутні в рідкій фазі. Це зменшує забруднення в потоці продукту і допомагає поліпшити мікробну стабільність, не покладаючись виключно на хімічну консервацію. Для виробників, які переслідують низькобіоцидні або безбіоцидні системи, це значна перевага процесу.
3. Інтенсифікація процесу зменшує складність
   Поєднання двох ключових цілей процесу в одному послідовному кроці спрощує виробництво. Замість того, щоб додавати окремі етапи обробки для диспергування і контролю мікробів, виробники покриттів можуть інтегрувати обидва процеси в один контрольований процес обробки ультразвуком. Це зменшує обробку, підтримує більш чисте виробництво та покращує відтворюваність.

Чому безбіоцидна обробка набуває все більшого значення

Регуляторні, екологічні та ринкові вимоги змінюють стратегії розробки рецептур
Перехід до низькобіоцидних і безбіоцидних покриттів зумовлений кількома промисловими факторами. Нормативно-правова база стає все більш жорсткою, екологічні очікування зростають, а клієнти вимагають безпечніших, більш стійких продуктів з меншою кількістю речовин, що викликають занепокоєння.
У цьому контексті технології фізичних процесів набувають стратегічного значення. Ультразвукова обробка є особливо привабливою, оскільки вона не просто замінює одну добавку на іншу. Вона вводить принцип нехімічної обробки, який покращує як дисперсію, так і мікробіологічну стабільність за допомогою механічної енергії.

Для розробників рецептур і менеджерів виробництва це дає кілька переваг:

• підтримка більш сталих концепцій продуктів
• зменшення залежності від традиційних консервантів
• покращена гігієна процесу
• сильніше позиціонування для покриттів на водній основі наступного покоління

Чому ультразвукові апарати Hielscher є найкращим рішенням для промислового виробництва покриттів

Точний контроль для відтворюваних умов обробки

Ультразвукові апарати Hielscher призначені для управління промисловими процесами. У виробництві покриттів точний контроль параметрів ультразвукової обробки має важливе значення, оскільки поведінка рецептури залежить від типу пігменту, вмісту твердих речовин, в'язкості, температури, швидкості потоку та інтенсивності обробки.

Системи Hielscher дозволяють точно регулювати важливі технологічні параметри, такі як:

• Амплітуда
• тиск
• швидкість потоку / час перебування
• температура
• Споживання енергії

Така точність дозволяє виробникам оптимізувати дисперсію пігменту, покращуючи якість рецептури та досягаючи відтворюваного зменшення кількості мікроорганізмів.

СЕМ-зображення вегетативних клітин B. subtilis до (а) та після опромінення ультразвуком протягом 30 хв (б), (в).
Дослідження та зображення: © Hashimoto et al., 2020

Проточні клітини під тиском для інтенсивної ультразвукової обробки

Підвищений тиск збільшує інтенсивність кавітації
Ключовою перевагою технології Хільшера є використання реакторів з проточними комірками, що працюють під тиском. Тиск має сильний вплив на поведінку кавітації. Під підвищеним тиском кавітація стає більш інтенсивною і ефективною, що особливо цінно для отримання складних дисперсій і безперервної мікробної інактивації.

Опора для проточних кювет під тиском:

• посилене ультразвукове лікування
• більш ефективна деагломерація
• підвищення ефективності процесу
• вища продуктивність у безперервній роботі

Для промислових заводів з нанесення покриттів це означає, що ультразвукова обробка може бути налаштована не тільки на лабораторні можливості, але й на реальну продуктивність виробництва та вимоги до продукції.

Потокова обробка для безперервного виробництва

Ультразвукова обробка може бути інтегрована безпосередньо у виробничу лінію
Ультразвукові апарати Hielscher ідеально підходять для потокової обробки. Це дозволяє обробляти покриття на водній основі безперервно, коли вони проходять через виробничу систему. Вбудована ультразвукова обробка добре вписується в промислове виробництво, оскільки дозволяє уникнути непотрібної обробки партій і може бути інтегрована в контури передачі, системи рециркуляції або спеціальні технологічні лінії.

Потокова обробка має очевидні операційні переваги:

• безперервне лікування за певних умов
• легша інтеграція в існуючі заводи
• зменшення ручної роботи
• підвищення ефективності та узгодженості процесів

Для виробників покриттів це робить ультразвукову обробку практичною технологією виробництва, а не лише лабораторним методом.

Висушений розпиленням TiO2 до і після ультразвукового фрезерування

Лінійна масштабованість від лабораторії до промислового виробництва

Надійна передача технологічних параметрів між вагами
Масштабування є критично важливим питанням при розробці технологічних процесів. Ультразвукові системи Hielscher розроблені для лінійного масштабування, що означає, що умови процесу, встановлені в лабораторних або пілотних масштабах, можуть бути систематично переведені в промислове виробництво.
Це особливо важливо для компаній, що розробляють інноваційні низькобіоцидні покриття, оскільки знижує ризики під час впровадження та допомагає прискорити комерціалізацію.

До переваг лінійної масштабованості можна віднести наступні:

• спрощення розробки процесів
• надійне перенесення з R&D до виробництва
• передбачувана продуктивність при більшій пропускній здатності
• менша невизначеність при розширенні масштабу

Легке очищення та гігієнічний дизайн процесу

Чистота має значення, коли метою є мікробіологічна стабільність
Якщо мікробіологічний контроль є ключовою метою процесу, гігієна обладнання стає ще більш важливою. Ультразвукові апарати Hielscher призначені для практичного промислового очищення і простої інтеграції в гігієнічне технологічне середовище.

Легке очищення допомагає виробникам:

• зменшити ризики забруднення обладнання
• підтримувати постійний мікробіологічний контроль
• скоротити зусилля з прибирання та технічного обслуговування
• підвищити надійність процесу в повторюваних виробничих циклах

У покриттях на водній основі, де забруднення може зберігатися в резервуарах, мертвих зонах і системах передачі, ультразвукове обладнання, що легко очищується, безпосередньо сприяє стабільності продукту і його експлуатаційній надійності.

Ультразвукова крейдяна фарба на гриндометрі демонструє ідеально рівномірну деагломерацію і гранулометричний склад пігментів

Відтворювані результати для забезпечення промислової якості

Послідовність має важливе значення для виробників покриттів
Промислове виробництво фарб вимагає високої відтворюваності результатів процесу. Оптичні властивості, реологія, термін придатності та мікробіологічна стабільність повинні залишатися незмінними від партії до партії протягом тривалого періоду виробництва.

Ультразвукові апарати Hielscher забезпечують відтворювані ультразвукові умови, які підтримують:

• рівномірна дисперсія пігменту
• стабільне зменшення розміру частинок
• послідовна мікробіологічна обробка
• надійна якість продукції на всіх етапах виробництва

Ця відтворюваність має важливе значення для валідації процесу, забезпечення якості та промислового впровадження ультразвукової технології.

Ультразвукова обробка як стратегічна технологія для сучасних покриттів на водній основі

Індустрія покриттів рухається в напрямку створення більш стійких складів, з меншим вмістом небезпечних добавок і більш надійних експлуатаційних характеристик. Ультразвукова обробка надзвичайно добре підходить для цього напрямку, оскільки вона вирішує дві основні виробничі проблеми одночасно: необхідність ефективної дисперсії пігменту та необхідність мікробіологічної стабільності.
Поєднуючи ці функції в одному технологічному процесі, ультразвукова обробка допомагає виробникам спростити виробництво, покращити якість покриття та зменшити залежність від традиційних систем консервації. Це робить ультразвукову обробку дуже привабливою для архітектурних фарб, промислових покриттів, функціональних дисперсій, чорнил та супутніх систем на водній основі.
Ультразвукові аналізатори Hielscher забезпечують промислову платформу, необхідну для реалізації цієї стратегії на практиці. Точний контроль, проточні кювети, що працюють під тиском, можливість роботи в потоці, лінійне масштабування, легке очищення і відтворюваність результатів роблять їх особливо придатними для складних завдань з нанесення покриттів.

Скористайтеся перевагами ультразвукового диспергування та стерилізації покриттів

Безбіоцидна стерилізація та диспергування покриттів на водній основі за допомогою ультразвуку є дуже перспективним підходом для сучасного виробництва фарб. Ультразвукова обробка покращує дисперсію пігменту, зменшує мікробне навантаження та підтримує більшу стабільність продукту в одному інтегрованому процесі. Ця комбінація особливо цінна в галузі, яка знаходиться під зростаючим тиском щодо зменшення кількості консервантів при збереженні високої якості продукції та ефективності процесу.
Для виробників фарб і покриттів на водній основі ультразвукові апарати Hielscher пропонують практичне і промислово перевірене рішення. Контрольованість процесу, вбудована інтеграція, посилена конструкція проточної камери, масштабованість, гігієнічна очистка та відтворювана продуктивність роблять їх чудовим вибором для одночасного диспергування та стерилізації фарбових пігментів.

Наведена нижче таблиця дає уявлення про приблизну потужність обробки наших ультразвукових апаратів:

Проектування, виробництво та консалтинг – Якість зроблено в Німеччині

Ультразвукові апарати Hielscher добре відомі своїми найвищими стандартами якості та дизайну. Надійність і простота експлуатації дозволяють плавно інтегрувати наші ультразвукові апарати в промислові об'єкти. З важкими умовами та вимогливими умовами легко справляються ультразвукові апарати Hielscher.

Hielscher Ultrasonics є сертифікованою компанією ISO і приділяє особливу увагу високопродуктивним ультразвуковим апаратам, які відрізняються найсучаснішими технологіями та зручністю для використання. Звичайно, ультразвукові апарати Hielscher відповідають вимогам CE та відповідають вимогам UL, CSA та RoHs.

Література / Список літератури