Ультразвукове зменшення розміру чорнила (наприклад, для струменевого друку)

Ультразвукова кавітація є ефективним засобом для диспергування і мікрошліфування (мокрого помелу) чорнильних пігментів. Ультразвукові диспергатори успішно використовуються в дослідженнях, а також у промисловому виробництві струменевих чорнил на основі ультрафіолету, води або розчинників.

Нанодисперсні струменеві чорнила

Ультразвук дуже ефективний у зменшенні розміру частинок у діапазоні від 500 мкм до приблизно 10 нм.
Коли ультразвук використовується для диспергування наночастинок у струменевому чорнилі, колірна гамма чорнила, довговічність і якість друку можуть бути значно покращені. Тому ультразвукові прилади зондового типу широко використовуються у виробництві струменевих чорнил, що містять наночастинки, спеціальних чорнил (наприклад, струмопровідних чорнил, чорнил для 3D-друку, чорнила для татуювань) і фарб.
 

На графіках нижче наведено приклад неультразвукових або ультразвуково дисперсних чорних пігментів у струменевому чорнилі. Ультразвукове лікування проводилося за допомогою ультразвукового зонда UIP1000hdT. Результатом ультразвукової обробки є помітно менший розмір частинок і дуже вузький розподіл частинок за розміром.

Ультразвукова дисперсія призводить до отримання значно менших і більш однорідних пігментів чорнила. (Зелений графік: до УЗД – червоний графік: після УЗД)

Як ультразвукова дисперсія покращує якість струменевого чорнила?

Високоінтенсивні ультразвукові апарати мають високу ефективність для диспергування, зменшення розміру та рівномірного розподілу наночастинок.
Це означає, що ізолювання наночастинок за допомогою ультразвуку в струменевому чорнилі може покращити його продуктивність і довговічність. Наночастинки - це дуже маленькі частинки з розмірами від 1 до 100 нанометрів, і вони мають унікальні властивості, які можуть посилити струменеве чорнило кількома способами.

• По-перше, наночастинки можуть покращити колірну гаму струменевого чорнила, що відноситься до діапазону кольорів, які можна виробляти. Коли наночастинки рівномірно розсіюються за допомогою ультразвукового апарату зондового типу, чорнило, відповідно, демонструє більш яскраві та насичені кольори. Це пов'язано з тим, що наночастинки можуть розсіювати та відбивати світло так, як традиційні барвники та пігменти не можуть, що призводить до покращення відтворення кольору.
• По-друге, однорідно дисперсні наночастинки можуть підвищувати стійкість струменевого чорнила до вицвітання, води та розмазування. Це пов'язано з тим, що наночастинки можуть міцніше з'єднуватися з папером або іншою підкладкою, створюючи більш міцне та довговічне зображення. Крім того, наночастинки можуть запобігти просочуванню чорнила на папір, що може спричинити розмазування та знизити чіткість надрукованого зображення.
• Нарешті, ультразвуково дисперсні наночастинки також можуть покращити якість друку та роздільну здатність струменевого чорнила. Ультразвукові диспергатори надзвичайно ефективні, коли справа доходить до подрібнення та змішування наночастинок у рідинах. Використовуючи менші частинки, чорнило може створювати тонші та точніші лінії, що призводить до чіткіших і чіткіших зображень. Це особливо важливо в таких сферах застосування, як високоякісний фотодрук і художній друк.

Контроль за параметрами процесу і результатами дисперсії

Розмір частинок і розподіл частинок за розміром чорнильних пігментів впливають на багато характеристик продукту, такі як міцність тонування або якість друку. Коли справа доходить до струменевого друку, невелика кількість більших частинок може призвести до нестабільності дисперсії, седиментації або виходу з ладу струменевого сопла. З цієї причини для якості струменевих чорнил важливо добре контролювати процес зменшення розміру, який використовується у виробництві.

Вбудована обробка нанодисперсій для струменевих чорнил

Ультразвукові реактори Hielscher зазвичай використовуються в ряду. Струменеве чорнило закачується в корпус реактора. Там він піддається впливу ультразвукової кавітації з контрольованою інтенсивністю. Час експозиції є результатом об'єму реактора та швидкості подачі матеріалу. Вбудоване ультразвукове випромінювання виключає обхід, оскільки всі частинки проходять через камеру реактора за певною траєкторією. Оскільки всі частинки піддаються однаковим параметрам ультразвуку протягом одного часу протягом кожного циклу, ультразвук зазвичай звужує і зміщує криву розподілу, а не розширює її. Ультразвукова дисперсія забезпечує відносно симетричний розподіл частинок за розмірами. Як правило, правий хвіст – негативний перекіс кривої, викликаний зсувом на грубі матеріали ( «хвіст» справа) – не може спостерігатися при ультразвукових зразках.

Диспергування при контрольованих температурах: технологічне охолодження

Для автомобілів, чутливих до температури, компанія Hielscher пропонує реактори з проточними елементами з сорочкою для всіх лабораторних і промислових пристроїв. Охолоджуючи внутрішні стінки реактора, можна ефективно розсіювати технологічне тепло.

На зображеннях нижче показаний пігмент сажі, диспергований ультразвуковим зондом UIP1000hdT в УФ-чорнилі.

Ультразвукова дисперсія забезпечує ефективне зменшення розміру частинок і рівномірний розподіл пігментів сажі в УФ-чорнилі.

Диспергування та деагломерація струменевих чорнил у будь-яких масштабах

Компанія Hielscher виготовляє ультразвукове диспергуюче обладнання для обробки чорнила будь-якого обсягу. Ультразвукові лабораторні гомогенізатори використовуються для об'ємів від 1,5 мл до приблизно 2 л і ідеально підходять для етапу R+D чорнильних формул, а також для тестування якості. Крім того, техніко-економічне обґрунтування в лабораторії дозволяє точно підібрати необхідний розмір обладнання для промислового виробництва.
Промислові ультразвукові диспергатори використовуються на виробництві для партій від 0,5 до приблизно 2000 л або швидкості від 0,1 л до 20 м³ на годину. На відміну від інших диспергаційних і фрезерних технологій, ультразвук можна легко масштабувати, оскільки всі важливі параметри процесу можна масштабувати лінійно.

У наведеній нижче таблиці наведено загальні рекомендації щодо ультразвукових засобів залежно від обсягу партії або швидкості потоку, що підлягає обробці.

 
Як працюють ультразвукові диспергатори? – Принцип роботи акустичної кавітації
Ультразвукова кавітація – це процес, який використовує високочастотні звукові хвилі для створення невеликих бульбашок газу в рідині. Коли бульбашки піддаються високому тиску, вони можуть зруйнуватися, або вибухнути, вивільняючи сплеск енергії. Цю енергію можна використовувати для розсіювання частинок у рідині, розбиваючи їх на менші розміри.
При ультразвуковій кавітації звукові хвилі генеруються ультразвуковим перетворювачем, який зазвичай встановлений на зонді або ріжку. Перетворювач перетворює електричну енергію в механічну у вигляді звукових хвиль, які потім передаються в рідину через зонд або клаксон. Коли звукові хвилі досягають рідини, вони створюють хвилі високого тиску, які можуть спричинити вибух бульбашок газу.
Існує кілька потенційних застосувань ультразвукової кавітації в дисперсійних процесах, включаючи виробництво емульсій, диспергування пігментів і наповнювачів, а також деагломерацію частинок. Ультразвукова кавітація може бути ефективним способом розсіювання частинок, оскільки вона може генерувати високі сили зсуву та вхідну енергію, а також точно контролювати інші важливі параметри процесу, такі як температура та тиск, що дозволяє адаптувати процес до конкретних потреб застосування. Цей точний контроль процесу є однією з головних переваг ультразвукового випромінювання, оскільки високоякісні продукти можуть бути надійними та відтворюваними, що дозволяє уникнути будь-якого небажаного розкладання частинок або рідини.

Міцний і простий у догляді

Ультразвуковий реактор складається з корпусу реактора і ультразвукового сонотроде. Це єдина деталь, яка схильна до зносу і її можна легко замінити протягом декількох хвилин. Коливально-розв'язувальні фланці дозволяють монтувати сонотрод у відкриті або закриті ємності під тиском або проточні осередки в будь-якій орієнтації. Підшипники не потрібні. Реактори з проточними комірками, як правило, виготовляються з нержавіючої сталі та мають просту геометрію і можуть бути легко розібрані та знищені. Тут немає дрібних отворів або прихованих кутів.

Ультразвуковий очищувач на місці

Інтенсивність ультразвуку, яка використовується для диспергування, набагато вища, ніж для звичайного ультразвукового очищення. Таким чином, ультразвукова потужність може використовуватися для полегшення очищення під час промивання та промивання, оскільки ультразвукова кавітація видаляє частинки та залишки рідини з сонотроду та зі стінок проточної камери.