Siyoh zarrachalari oʻlchamini ultratovush yordamida kichraytirish (masalan, siyohpurkagichli bosma uchun)

Ultratovushli kavitatsiya siyoh pigmentlarini dispersiyalash va mikromaydalash (hoʻl usulda maydalash) uchun samarali vositadir. Ultratovushli disperserlar tadqiqotlarda ham, UV-, suv yoki erituvchi asosidagi siyohpurkagichli bosma siyohlarini sanoat miqyosida ishlab chiqarishda ham muvaffaqiyatli qoʻllaniladi.

Nanodispersiyalangan siyohpurkagichli bosma siyohlari

Ultratovush 500µm dan taxminan 10nm gacha boʻlgan diapazonda zarrachalar oʻlchamini kichraytirishda juda samarali.
Siyohpurkagichli bosma siyohida nanozarrachalarni dispersiyalash uchun ultratovush bilan ishlov berish qoʻllanilganda, siyohning rang qamrovi, chidamliligi va bosma sifati sezilarli darajada yaxshilanishi mumkin. Shu sababli zond turidagi ultratovush qurilmalari nanozarrachalar saqlovchi siyohpurkagichli bosma siyohlari, maxsus siyohlar (masalan, elektr oʻtkazuvchi siyohlar, 3D bosma uchun yaroqli siyohlar, tatuirovka siyohlari) va boʻyoqlarni ishlab chiqarishda keng qoʻllaniladi.

Ultratovushli dispersiyalash nanozarrachalar va nanoo‘lchamli pigmentlarni o‘z ichiga olgan yuqori sifatli purkagichli bosma siyohlarini ishlab chiqarishda qo‘llaniladi. Zondli ultratovush dispersatorlari siyohdagi zarrachalar o‘lchamining bir tekis kichrayishini va zarrachalarning bir tekis taqsimlanishini ta’minlaydi.

Quyidagi grafiklarda siyohpurkagichli bosma siyohidagi ultratovush bilan ishlov berilmagan va ultratovush yordamida dispersiyalangan qora pigmentlarni taqqoslash misoli koʻrsatilgan. Ultratovush bilan ishlov berish UIP1000hdT ultratovush zondi yordamida amalga oshirilgan. Ultratovush bilan ishlov berish natijasida zarrachalar oʻlchami koʻzga tashlanadigan darajada kichraygan va zarrachalar oʻlchamlarining taqsimoti juda tor boʻlgan.

Ultratovush yordamida dispersiyalangan qora siyohpurkagichli bosma siyohi va ultratovush bilan ishlov berilmagan siyohpurkagichli bosma siyohining taqqoslama grafiklari UIP1000hdT ultratovushli disperseri yordamida tayyorlangan siyohda zarrachalar oʻlchami sezilarli darajada kichrayganini koʻrsatadi.

Ultratovushli dispersiyalash natijasida siyoh pigmentlari sezilarli darajada kichikroq va bir xil oʻlchamli boʻladi. (yashil grafik: ultratovush bilan ishlov berishdan oldin – qizil grafik: ultratovush bilan ishlov berishdan keyin)

Ultratovushli dispersiyalash siyohpurkagichli bosma siyohining sifatini qanday yaxshilaydi?

Yuqori intensivlikdagi ultratovush qurilmalari nanozarrachalarni dispersiyalash, ularning oʻlchamini kichraytirish va bir tekis taqsimlashda juda samarali.
Bu shuni anglatadiki, siyohpurkagichli bosma siyohidagi nanozarrachalarni ultratovush yordamida dispersiyalash uning ishlash xususiyatlari va chidamliligini yaxshilashi mumkin. Nanozarrachalar oʻlchami 1 dan 100 nanometrgacha boʻlgan juda kichik zarrachalardir va ular siyohpurkagichli bosma siyohini bir necha jihatdan yaxshilashi mumkin boʻlgan noyob xususiyatlarga ega.

Birinchidan, nanozarrachalar siyohpurkagichli bosma siyohining rang qamrovini yaxshilashi mumkin; bu hosil qilish mumkin boʻlgan ranglar diapazonini anglatadi. Nanozarrachalar zond turidagi ultratovush qurilmasi yordamida bir tekis dispersiyalanganda, natijada siyoh yanada yorqin va toʻyingan ranglarni namoyon etadi. Buning sababi shundaki, nanozarrachalar yorugʻlikni anʼanaviy boʻyovchi moddalar va pigmentlar qila olmaydigan usullarda sochishi va qaytarishi mumkin, bu esa ranglarning qayta hosil qilinishini yaxshilaydi.
Ikkinchidan, bir jinsli dispersiyalangan nanozarrachalar siyohpurkagichli bosma siyohining rangsizlanish, suv va surkalishga chidamliligini oshirishi mumkin. Buning sababi shundaki, nanozarrachalar qogʻoz yoki boshqa taglik bilan mustahkamroq bogʻlanib, yanada chidamli va uzoqroq saqlanadigan tasvir hosil qilishi mumkin. Bundan tashqari, nanozarrachalar siyohning qogʻozga singib yoyilishini oldini olishi mumkin; bunday yoyilish surkalishga olib kelishi va bosilgan tasvirning aniqligini kamaytirishi mumkin.
Nihoyat, ultratovush yordamida dispersiyalangan nanozarrachalar siyohpurkagichli bosma siyohining bosma sifati va ajrata olish qobiliyatini ham yaxshilashi mumkin. Ultratovushli disperserlar suyuqliklarda nanozarrachalarni maydalash va aralashtirishda nihoyatda samarali. Kichikroq zarrachalardan foydalanish orqali siyoh ingichkaroq va aniqroq chiziqlar hosil qilishi mumkin, natijada tasvirlar yanada keskin va ravshan boʻladi. Bu, ayniqsa, yuqori sifatli fotosuratlar va tasviriy sanʼat asarlarini bosib chiqarish kabi qoʻllanishlarda muhimdir.

Jarayon parametrlari va dispersiyalash natijalarini nazorat qilish

Siyoh pigmentlarining zarracha oʻlchami va zarrachalar oʻlchamlarining taqsimoti mahsulotning rang berish kuchi yoki bosma sifati kabi koʻplab xususiyatlariga taʼsir qiladi. Siyohpurkagichli bosmada oz miqdordagi yirikroq zarrachalar dispersiya beqarorligi, choʻkish yoki siyohpurkagich soplosining ishdan chiqishiga olib kelishi mumkin. Shu sababli siyohpurkagichli bosma siyohining sifati uchun ishlab chiqarishda qoʻllaniladigan oʻlchamni kichraytirish jarayonini yaxshi nazorat qilish muhimdir.

Siyohpurkagichli bosma siyohlari uchun nanodispersiyalarga oqimda ishlov berish

Hielscher ultratovushli reaktorlari odatda oqim liniyasida qoʻllaniladi. Siyohpurkagichli bosma siyohi reaktor idishiga nasos orqali uzatiladi. U yerda siyoh boshqariladigan intensivlikdagi ultratovushli kavitatsiya taʼsiriga duchor boʻladi. Taʼsir qilish vaqti reaktor hajmi va materialni uzatish tezligiga bogʻliq. Oqimda ultratovush bilan ishlov berish chetlab oʻtishni bartaraf etadi, chunki barcha zarrachalar belgilangan yoʻl boʻylab reaktor kamerasidan oʻtadi. Har bir siklda barcha zarrachalarga bir xil vaqt davomida bir xil ultratovush bilan ishlov berish parametrlari taʼsir qilgani uchun, ultratovush bilan ishlov berish odatda taqsimot egri chizigʻini kengaytirish oʻrniga toraytiradi va siljitadi. Ultratovushli dispersiyalash zarrachalar oʻlchamlarining nisbatan simmetrik taqsimotini hosil qiladi. Umuman olganda, ultratovush bilan ishlov berilgan namunalarda oʻng tomonga dum choʻzilishi – yirikroq materiallar tomon siljish tufayli yuzaga keladigan egri chiziqning manfiy asimmetriyasi (oʻng tomondagi “dum”) – kuzatilmaydi.

Boshqariladigan haroratlarda dispersiyalash: jarayonni sovitish

Haroratga sezgir siyoh tashuvchi muhitlar uchun Hielscher barcha laboratoriya va sanoat qurilmalariga mos sovitish koʻylakli oqim hujayrasi reaktorlarini taklif etadi. Reaktorning ichki devorlarini sovitish orqali jarayon issiqligini samarali chiqarib yuborish mumkin.

Quyidagi rasmlarda UV siyohida UIP1000hdT ultratovush zondi yordamida dispersiyalangan qurum pigmenti koʻrsatilgan.

UV siyohidagi ultratovush yordamida maydalangan va dispersiyalangan qurum pigmentlari zarrachalar oʻlchamining sezilarli darajada kichrayishini va juda bir tekis taqsimlanishini koʻrsatadi.

Ultratovushli dispersiyalash UV siyohidagi qurum pigmentlari zarrachalari oʻlchamining samarali kichrayishini va ularning bir tekis taqsimlanishini taʼminlaydi.

Siyohpurkagichli bosma siyohlarini har qanday miqyosda dispersiyalash va deagglomeratsiyalash

Hielscher har qanday hajmdagi siyohlarga ishlov berish uchun ultratovushli dispersiyalash uskunalarini ishlab chiqaradi. Laboratoriya ultratovushli gomogenizatorlari 1,5mL dan taxminan 2L gacha boʻlgan hajmlar uchun qoʻllaniladi va siyoh formulalarini ishlab chiqishning R+D bosqichi hamda sifat sinovlari uchun juda mosdir. Bundan tashqari, laboratoriyada amalga oshirish imkoniyatini tekshirish sinovlari tijorat ishlab chiqarishi uchun zarur uskuna oʻlchamini aniq tanlash imkonini beradi.
Sanoat ultratovushli disperserlari ishlab chiqarishda 0,5 dan taxminan 2000L gacha boʻlgan partiyalar yoki soatiga 0,1L dan 20m³ gacha boʻlgan hajmiy oqim tezliklari uchun qoʻllaniladi. Boshqa dispersiyalash va maydalash texnologiyalaridan farqli ravishda, ultratovush bilan ishlov berish koʻlamini osongina oshirish mumkin, chunki barcha muhim jarayon parametrlarini chiziqli ravishda masshtablash mumkin.

Quyidagi jadvalda ishlov beriladigan partiya hajmi yoki hajmiy oqim tezligiga qarab ultratovush qurilmalarini tanlash boʻyicha umumiy tavsiyalar keltirilgan.

Partiya hajmi	Hajmiy oqim tezligi	Tavsiya etiladigan qurilmalar
10 dan 2000mL gacha	20 dan 400mL/min gacha	UP200Ht, UP400St
0,1 dan 20L gacha	0,2 dan 4L/min gacha	UIP2000hdT
10 dan 100L gacha	2 dan 10L/min gacha	UIP4000hdT
15 dan 150L gacha	3 dan 15L/min gacha	UIP6000hdT
n.a.	10 dan 100L/min gacha	UIP16000
n.a.	kattaroq	klasterga birlashtirilgan UIP16000

Biz bilan bogʻlaning! / Bizga savol bering!

Ushbu videoda gaz bilan purkaladigan shkaf ichida oqimda ishlash uchun mo‘ljallangan 2 kilovattli ultratovush tizimini ko‘rsatamiz. Hielscher deyarli barcha sanoat tarmoqlari, jumladan, kimyo, farmatsevtika, kosmetika, neft-kimyo jarayonlari hamda erituvchilar asosidagi ekstraksiya jarayonlari uchun ultratovush uskunalarini yetkazib beradi. Gaz bilan purkaladigan ushbu zanglamaydigan po‘lat shkaf xavfli hududlarda ishlash uchun mo‘ljallangan. Shu maqsadda buyurtmachi yonuvchan gazlar yoki bug‘larning shkaf ichiga kirishiga yo‘l qo‘ymaslik uchun germetik shkafni azot yoki toza havo bilan purkashi mumkin.

Ultratovushli disperserlar qanday ishlaydi? – Akustik kavitatsiyaning ishlash prinsipi
Ultratovushli kavitatsiya suyuqlikda kichik gaz pufakchalarini hosil qilish uchun yuqori chastotali tovush toʻlqinlaridan foydalanadigan jarayondir. Pufakchalar yuqori bosim taʼsiriga uchraganda, ular qulab tushishi yoki ichkariga qarab portlashi va bir zumda energiya ajratib chiqarishi mumkin. Bu energiyadan suyuqlikdagi zarrachalarni dispersiyalash va ularni kichikroq oʻlchamlarga parchalash uchun foydalanish mumkin.
Ultratovushli kavitatsiyada tovush toʻlqinlari odatda zond yoki ruporga oʻrnatiladigan ultratovush oʻzgartirgichi tomonidan hosil qilinadi. Oʻzgartirgich elektr energiyasini tovush toʻlqinlari koʻrinishidagi mexanik energiyaga aylantiradi; keyin bu toʻlqinlar zond yoki rupor orqali suyuqlikka uzatiladi. Tovush toʻlqinlari suyuqlikka yetib borganda, ular gaz pufakchalarining ichkariga qarab portlashiga sabab boʻlishi mumkin boʻlgan yuqori bosimli toʻlqinlarni hosil qiladi.
Dispersiyalash jarayonlarida ultratovushli kavitatsiyaning bir nechta potensial qoʻllanishi mavjud, jumladan emulsiyalarni ishlab chiqarish, pigmentlar va toʻldiruvchilarni dispersiyalash hamda zarrachalarni deagglomeratsiyalash. Ultratovushli kavitatsiya zarrachalarni dispersiyalashning samarali usuli boʻlishi mumkin, chunki u yuqori siljish kuchlarini hosil qilishi va energiya kiritilishini taʼminlashi mumkin; shuningdek, harorat va bosim kabi boshqa muhim jarayon parametrlarini ham aniq boshqarish mumkin, bu esa jarayonni muayyan qoʻllanish ehtiyojlariga moslashtirish imkonini beradi. Jarayonni bunday aniq boshqarish ultratovush bilan ishlov berishning asosiy afzalliklaridan biridir, chunki yuqori sifatli mahsulotlarni ishonchli tarzda va takrorlanuvchan natijalar bilan ishlab chiqarish mumkin hamda zarrachalar yoki suyuqlikning har qanday nomaqbul degradatsiyasining oldi olinadi.

Mustahkam va tozalash oson

Ultratovushli reaktor reaktor idishi va ultratovushli sonotroddan iborat. Sonotrod yeyilishga uchraydigan yagona qism boʻlib, uni bir necha daqiqa ichida osongina almashtirish mumkin. Tebranishni ajratuvchi flaneslar sonotrodni ochiq yoki yopiq, bosim berish mumkin boʻlgan idishlarga yoxud oqim hujayralariga istalgan yoʻnalishda oʻrnatish imkonini beradi. Podshipniklar kerak emas. Oqim hujayrasi reaktorlari odatda zanglamaydigan poʻlatdan tayyorlanadi, oddiy geometrik shakllarga ega boʻladi va ularni osongina qismlarga ajratib, artib tozalash mumkin. Kichik teshiklar yoki yashirin burchaklar yoʻq.

Joyida ultratovush yordamida tozalash

Dispersiyalash uchun qoʻllaniladigan ultratovush intensivligi odatiy ultratovushli tozalashdagidan ancha yuqori. Shu sababli ultratovush quvvatidan oqizib yuvish va chayish paytida tozalashga koʻmaklashish uchun foydalanish mumkin, chunki ultratovushli kavitatsiya sonotrod va oqim hujayrasi devorlaridan zarrachalar hamda suyuqlik qoldiqlarini olib tashlaydi.

Tegishli mavzular

Adabiyotlar / Manbalar

FactSheet Ultrasonic Inkjet Dispersion – Hielscher Ultrasonics
Adam K. Budniak, Niall A. Killilea, Szymon J. Zelewski, Mykhailo Sytnyk, Yaron Kauffmann, Yaron Amouyal, Robert Kudrawiec, Wolfgang Heiss, Efrat Lifshitz (2020): Exfoliated CrPS4 with Promising Photoconductivity. Small Vol.16, Issue1. January 9, 2020.
Anastasia V. Tyurnina, Iakovos Tzanakis, Justin Morton, Jiawei Mi, Kyriakos Porfyrakis, Barbara M. Maciejewska, Nicole Grobert, Dmitry G. Eskin 2020): Ultrasonic exfoliation of graphene in water: A key parameter study. Carbon, Vol. 168, 2020.
del Bosque, A.; Sánchez-Romate, X.F.; Sánchez, M.; Ureña, A. (2022): Easy-Scalable Flexible Sensors Made of Carbon Nanotube-Doped Polydimethylsiloxane: Analysis of Manufacturing Conditions and Proof of Concept. Sensors 2022, 22, 5147.
Brad W. Zeiger; Kenneth S. Suslick (2011): Sonofragmentation of Molecular Crystals. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 37, 14530–14533.
Poinern G.E., Brundavanam R., Thi-Le X., Djordjevic S., Prokic M., Fawcett D. (2011): Thermal and ultrasonic influence in the formation of nanometer scale hydroxyapatite bio-ceramic. Int J Nanomedicine. 2011; 6: 2083–2095.