Khử trùng và phân tán sơn gốc nước không chứa chất diệt khuẩn

Sơn gốc nước được sử dụng rộng rãi vì chúng hỗ trợ các công thức có hàm lượng VOC thấp, an toàn hơn khi sử dụng và quy trình sản xuất bền vững hơn. Tuy nhiên, do chứa nhiều nước nên loại sơn này rất dễ bị nhiễm vi sinh vật. Vi khuẩn, nấm men và nấm mốc có thể xâm nhập vào sản phẩm qua nguyên liệu thô, bồn chứa, đường ống, hệ thống chiết rót hoặc do tiếp xúc với môi trường xung quanh trong quá trình sản xuất và bảo quản. Một khi bị nhiễm bẩn, vi sinh vật có thể sinh sôi nhanh chóng và làm ảnh hưởng đến cả chất lượng sản phẩm lẫn thời hạn sử dụng.
Đó là lý do tại sao tính ổn định vi sinh là một yếu tố chất lượng quan trọng trong sơn gốc nước, chất phủ, mực in và dung dịch phân tán sắc tố.

Quá trình siêu âm kết hợp phân tán sắc tố và kiểm soát vi sinh vật trong một quy trình công nghiệp

Theo truyền thống, các nhà sản xuất thường sử dụng chất bảo quản và chất diệt khuẩn trong lon để ngăn chặn sự hư hỏng. Tuy nhiên, áp lực ngày càng tăng từ các quy định và nhu cầu ngày càng cao về các công thức sản phẩm thân thiện hơn với môi trường đang thúc đẩy việc tìm kiếm các giải pháp thay thế. Công nghệ siêu âm cường độ cao mang lại một giải pháp hiệu quả cao nhờ khả năng phân tán và khử trùng đồng thời chỉ trong một bước xử lý.
Đối với các nhà sản xuất chất phủ, điều này có nghĩa là công nghệ xử lý bằng sóng siêu âm không chỉ đơn thuần là một công nghệ phân tán. Đây còn là một công cụ chế biến hiệu quả giúp nâng cao độ ổn định vi sinh đồng thời hỗ trợ các chiến lược công thức sử dụng ít chất diệt khuẩn hoặc không chứa chất diệt khuẩn.

Tại sao tính ổn định vi sinh lại có ý nghĩa quan trọng đối với ngành công nghiệp sơn gốc nước

Sự nhiễm vi sinh vật ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm và độ tin cậy của quy trình: Tính ổn định vi sinh của sơn có ý nghĩa quan trọng trong ngành công nghiệp vì sự phát triển của vi sinh vật có thể gây ra nhiều loại khuyết tật sản phẩm và vấn đề trong sản xuất. Các công thức sơn gốc nước thường chứa các thành phần hữu cơ như chất kết dính, chất phân tán, chất làm ướt, chất làm đặc và chất khử bọt. Những thành phần này có thể tạo ra môi trường thuận lợi cho sự phát triển của vi sinh vật nếu xảy ra nhiễm bẩn trong quá trình chế biến hoặc bảo quản.

Trong thực tiễn công nghiệp, việc kiểm soát vi sinh vật không đầy đủ có thể dẫn đến:

• sự thay đổi độ nhớt và pH
• sự hình thành khí và hiện tượng phồng của thùng chứa
• mùi hôi và sự đổi màu
• độ ổn định khi bảo quản giảm
• các lỗi phim và hành vi áp dụng không nhất quán
• tăng tần suất vệ sinh và thời gian ngừng hoạt động do ô nhiễm

Sự hư hỏng do vi sinh vật không chỉ làm hỏng sản phẩm. Nó còn có thể gây ra các vấn đề vệ sinh tái diễn trong bể chứa, đường ống và các vòng tuần hoàn, dẫn đến tổn thất sản xuất, phải làm lại, khiếu nại từ khách hàng và chi phí xử lý chất thải. Vì lý do này, tính ổn định vi sinh không phải là một đặc tính phụ. Đây là yêu cầu cốt lõi đối với các loại sơn gốc nước thành công trên thị trường.

Cơ chế hoạt động của quá trình siêu âm trong sơn gốc nước

Hiện tượng xâm thực âm thanh tạo ra lực cắt mạnh và phá hủy vi sinh vật: Siêu âm công suất cao hoạt động dựa trên hiện tượng xâm thực âm thanh. Khi sóng siêu âm đi qua chất lỏng, các bọt khí siêu nhỏ sẽ hình thành, phát triển và vỡ tung. Các hiện tượng xâm thực này tạo ra lực cắt cục bộ mạnh, dòng chảy hỗn loạn, sự thay đổi áp suất và các tia nước siêu nhỏ.
Trong các loại sơn gốc nước, những tác động này rất có giá trị vì chúng tác động đồng thời lên cả các hạt và vi sinh vật. Các cụm sắc tố được phân hủy hiệu quả thành các hạt mịn hơn, trong khi các tế bào vi sinh vật bị phá hủy về mặt cơ học và bị vô hiệu hóa. Điều này khiến việc sử dụng sóng siêu âm trở nên đặc biệt hấp dẫn đối với các công thức mà cả chất lượng phân tán lẫn tính ổn định vi sinh đều là yếu tố thiết yếu.

Một công đoạn quy trình đảm nhiệm hai chức năng quan trọng

Thay vì coi việc phân tán sắc tố và kiểm soát vi sinh vật là hai công đoạn riêng biệt, công nghệ siêu âm kết hợp cả hai trong một quy trình duy nhất. Hiệu quả kép này mang lại lợi thế rõ rệt trong sản xuất công nghiệp.

Cùng một nguồn năng lượng siêu âm giúp phá vỡ các cụm sắc tố và phân tán các hạt một cách đồng đều cũng có thể làm giảm lượng vi sinh vật còn sống trong lớp phủ. Do đó, quá trình siêu âm giúp:

• sự phân tán sắc tố mịn hơn và đồng đều hơn
• độ bão hòa màu và tính đồng nhất quang học được cải thiện
• giảm ô nhiễm vi sinh vật trong quá trình chế biến
• tăng cường độ ổn định khi bảo quản của các sản phẩm gốc nước
• giảm sự phụ thuộc vào chất bảo quản và chất diệt khuẩn trong lon

Điều này khiến công nghệ siêu âm trở nên vô cùng quan trọng trong việc phát triển các hệ thống phủ bền vững hơn và thân thiện với môi trường hơn.
 

Silic dioxit được phân tán bằng sóng siêu âm: đường cong màu đỏ – chưa xử lý; đường cong màu xanh lá cây: sau khi phân tán bằng sóng siêu âm

Ưu điểm của việc phân tán và tiệt trùng đồng thời các chất màu sơn

1. Chất lượng phân tán tốt hơn giúp nâng cao hiệu quả của lớp phủ
   Các chất màu và chất độn thường tạo thành các cụm kết tụ khó phân tán nếu năng lượng cơ học không đủ. Công nghệ siêu âm tạo ra lực cắt mạnh mẽ và có định hướng, nhờ đó mang lại hiệu quả cao trong việc phá vỡ các cụm kết tụ và giảm kích thước hạt. Hỗn hợp phân tán mịn hơn có thể cải thiện nhiều đặc tính kỹ thuật của lớp phủ thành phẩm, bao gồm độ phát màu, độ che phủ, độ bóng và độ ổn định lâu dài.
2. Việc tiệt trùng đồng thời giúp giảm lượng chất diệt khuẩn
   Đồng thời, hiện tượng xâm thực siêu âm có thể phá hủy các tế bào vi sinh vật có trong pha lỏng. Điều này giúp giảm thiểu sự nhiễm bẩn trong dòng sản phẩm và góp phần nâng cao độ ổn định vi sinh mà không cần phụ thuộc hoàn toàn vào các chất bảo quản hóa học. Đối với các nhà sản xuất đang hướng tới các hệ thống sử dụng ít chất diệt khuẩn hoặc không sử dụng chất diệt khuẩn, đây là một lợi thế đáng kể trong quy trình sản xuất.
3. Việc tăng cường quy trình giúp giảm bớt sự phức tạp
   Việc kết hợp hai mục tiêu quy trình chính trong một bước xử lý liên tục giúp đơn giản hóa quy trình sản xuất. Thay vì phải thêm các giai đoạn xử lý riêng biệt cho việc phân tán và kiểm soát vi sinh vật, các nhà sản xuất chất phủ có thể tích hợp cả hai vào một quy trình siêu âm được kiểm soát. Điều này giúp giảm thiểu các thao tác xử lý, hỗ trợ sản xuất sạch hơn và nâng cao tính lặp lại.

Tại sao quy trình chế biến không sử dụng chất diệt khuẩn đang ngày càng trở nên quan trọng

Các yêu cầu về quy định, môi trường và thị trường đang định hình lại các chiến lược phát triển công thức
Xu hướng chuyển sang sử dụng các loại sơn có hàm lượng chất diệt khuẩn thấp hoặc không chứa chất diệt khuẩn được thúc đẩy bởi một số yếu tố trong ngành. Các khung pháp lý ngày càng trở nên nghiêm ngặt hơn, kỳ vọng về môi trường ngày càng cao, và khách hàng đang yêu cầu những sản phẩm an toàn hơn, bền vững hơn với ít chất gây lo ngại hơn.
Trong bối cảnh này, các công nghệ xử lý vật lý trở nên có ý nghĩa chiến lược. Công nghệ siêu âm đặc biệt thu hút bởi vì nó không chỉ đơn thuần thay thế một chất phụ gia này bằng một chất phụ gia khác. Công nghệ này áp dụng nguyên lý xử lý phi hóa học, giúp cải thiện cả khả năng phân tán lẫn độ ổn định vi sinh nhờ vào năng lượng cơ học.

Đối với các nhà phát triển công thức và quản lý sản xuất, điều này mang lại một số lợi ích:

• hỗ trợ cho các ý tưởng sản phẩm bền vững hơn
• giảm sự phụ thuộc vào các chất bảo quản thông thường
• cải thiện vệ sinh quy trình
• vị thế vững chắc hơn cho các loại sơn gốc nước thế hệ mới

Tại sao máy siêu âm Hielscher là giải pháp tối ưu cho sản xuất sơn công nghiệp

Kiểm soát chính xác để đảm bảo các điều kiện xử lý ổn định

Các thiết bị siêu âm Hielscher được thiết kế để kiểm soát quy trình công nghiệp. Trong sản xuất sơn phủ, việc kiểm soát chính xác các thông số siêu âm là rất quan trọng vì tính chất của hỗn hợp phụ thuộc vào loại bột màu, hàm lượng chất rắn, độ nhớt, nhiệt độ, tốc độ dòng chảy và cường độ xử lý.

Các hệ thống Hielscher cho phép điều chỉnh chính xác các thông số quan trọng của quy trình như:

• Biên độ
• áp lực
• lưu lượng / thời gian lưu
• Nhiệt độ
• Năng lượng đầu vào

Độ chính xác này giúp các nhà sản xuất tối ưu hóa quá trình phân tán sắc tố, từ đó nâng cao chất lượng công thức và đạt được hiệu quả khử vi sinh vật ổn định.

Hình ảnh kính hiển vi điện tử quét (SEM) của tế bào sinh dưỡng B. subtilis trước (a) và sau khi chiếu sóng siêu âm trong 30 phút (b), (c).
Nghiên cứu và hình ảnh: © Hashimoto et al., 2020

Các buồng lưu chất có thể tạo áp suất để tăng cường quá trình siêu âm

Áp suất tăng cao làm gia tăng cường độ hiện tượng xâm thực
Một ưu điểm nổi bật của công nghệ Hielscher là việc sử dụng các bình phản ứng dạng buồng dòng có thể tạo áp suất. Áp suất có ảnh hưởng lớn đến quá trình tạo bọt khí. Trong điều kiện áp suất cao, quá trình tạo bọt khí diễn ra mạnh mẽ và hiệu quả hơn, điều này đặc biệt hữu ích trong các ứng dụng phân tán phức tạp và vô hiệu hóa vi sinh vật liên tục.

Hỗ trợ các buồng lưu lượng có thể tạo áp suất:

• điều trị bằng sóng siêu âm cường độ cao
• quá trình phá vỡ kết tụ hiệu quả hơn
• nâng cao hiệu quả quy trình
• hiệu suất cao hơn trong quá trình vận hành liên tục

Đối với các nhà máy sơn công nghiệp, điều này có nghĩa là quá trình xử lý bằng sóng siêu âm có thể được điều chỉnh không chỉ để đảm bảo tính khả thi ở quy mô phòng thí nghiệm, mà còn để đáp ứng năng suất sản xuất thực tế và các yêu cầu về sản phẩm.

Xử lý liên tục trong sản xuất liên tục

Công nghệ siêu âm có thể được tích hợp trực tiếp vào dây chuyền sản xuất
Máy siêu âm Hielscher rất phù hợp cho quy trình xử lý liên tục. Điều này cho phép xử lý liên tục các lớp phủ gốc nước khi chúng đi qua hệ thống sản xuất. Công nghệ siêu âm liên tục rất phù hợp với sản xuất công nghiệp vì nó giúp tránh việc xử lý theo mẻ không cần thiết và có thể được tích hợp vào các vòng tuần hoàn, hệ thống tuần hoàn hoặc các dây chuyền sản xuất chuyên dụng.

Xử lý trực tiếp mang lại những lợi thế rõ rệt về mặt vận hành:

• điều trị liên tục trong các điều kiện đã quy định
• dễ dàng tích hợp vào các nhà máy hiện có
• giảm thiểu việc xử lý thủ công
• nâng cao hiệu quả và tính nhất quán của quy trình

Đối với các nhà sản xuất chất phủ, điều này khiến siêu âm trở thành một công nghệ sản xuất thực tiễn thay vì chỉ là một phương pháp dùng trong phòng thí nghiệm.

Phun khô TiO2 trước và sau khi phay siêu âm

Khả năng mở rộng tuyến tính từ phòng thí nghiệm đến sản xuất công nghiệp

Các thông số quy trình có thể được chuyển giao một cách đáng tin cậy giữa các cấp độ
Việc mở rộng quy mô là một vấn đề then chốt trong quá trình phát triển quy trình. Các hệ thống siêu âm Hielscher được thiết kế để có khả năng mở rộng tuyến tính, nghĩa là các điều kiện quy trình được thiết lập ở quy mô phòng thí nghiệm hoặc quy mô thử nghiệm có thể được áp dụng một cách có hệ thống vào sản xuất công nghiệp.
Điều này đặc biệt quan trọng đối với các công ty đang phát triển các loại sơn phủ sáng tạo có hàm lượng chất diệt khuẩn thấp, bởi vì nó giúp giảm thiểu rủi ro trong quá trình triển khai và góp phần đẩy nhanh quá trình thương mại hóa.

Các ưu điểm của khả năng mở rộng tuyến tính bao gồm:

• quá trình phát triển dễ dàng hơn
• Chuyển khoản an toàn từ R&D đến sản xuất
• hiệu suất ổn định khi xử lý khối lượng dữ liệu lớn
• giảm thiểu rủi ro khi mở rộng quy mô

Thiết kế quy trình dễ vệ sinh và đảm bảo vệ sinh

Khả năng làm sạch là yếu tố quan trọng khi mục tiêu là đảm bảo sự ổn định vi sinh
Nếu việc kiểm soát vi sinh vật là mục tiêu chính của quy trình, thì vấn đề vệ sinh thiết bị lại càng trở nên quan trọng hơn. Các thiết bị siêu âm Hielscher được thiết kế để phục vụ cho việc làm sạch công nghiệp thực tế và dễ dàng tích hợp vào các môi trường quy trình vệ sinh.

Việc vệ sinh dễ dàng mang lại lợi ích cho các nhà sản xuất:

• giảm thiểu rủi ro ô nhiễm trong thiết bị
• hỗ trợ việc kiểm soát vi sinh vật một cách nhất quán
• giảm bớt công sức dọn dẹp và bảo trì
• nâng cao độ tin cậy của quy trình qua các chu kỳ sản xuất lặp lại

Trong các loại sơn gốc nước, nơi tạp chất có thể tồn đọng trong bồn chứa, các vùng chết và hệ thống chuyển tải, thiết bị siêu âm dễ vệ sinh góp phần trực tiếp vào sự ổn định của sản phẩm và độ tin cậy trong vận hành.

Sơn phấn sonicated trên grindometer thể hiện sự kết tụ và phân bố kích thước hạt hoàn toàn đồng đều của các sắc tố

Kết quả có thể tái tạo cho công tác đảm bảo chất lượng trong công nghiệp

Sự nhất quán là yếu tố thiết yếu đối với các nhà sản xuất sơn
Quá trình sản xuất sơn công nghiệp đòi hỏi kết quả quy trình phải có độ lặp lại cao. Các đặc tính quang học, tính lưu biến, thời hạn sử dụng và độ ổn định vi sinh phải được duy trì ổn định giữa các mẻ sản xuất và trong suốt thời gian sản xuất kéo dài.

Các thiết bị siêu âm Hielscher tạo ra các điều kiện siêu âm ổn định, hỗ trợ:

• sự phân tán đồng đều của chất màu
• quá trình nghiền mịn ổn định
• xử lý vi sinh liên tục
• chất lượng sản phẩm ổn định trong suốt các đợt sản xuất

Khả năng tái tạo này là yếu tố thiết yếu đối với việc xác nhận quy trình, đảm bảo chất lượng và việc ứng dụng công nghệ siêu âm trong công nghiệp.

Siêu âm – Công nghệ chiến lược cho các loại sơn gốc nước hiện đại

Ngành công nghiệp sơn đang chuyển hướng sang các công thức bền vững hơn, chứa ít chất phụ gia độc hại hơn và có hiệu suất ổn định hơn. Công nghệ siêu âm đặc biệt phù hợp với xu hướng này vì nó giải quyết đồng thời hai thách thức sản xuất chính: nhu cầu phân tán hiệu quả các chất màu và nhu cầu đảm bảo tính ổn định vi sinh.
Bằng cách kết hợp các chức năng này trong một công đoạn duy nhất, quá trình siêu âm giúp các nhà sản xuất đơn giản hóa quy trình sản xuất, nâng cao chất lượng lớp phủ và giảm sự phụ thuộc vào các hệ thống bảo quản truyền thống. Điều này khiến phương pháp xử lý bằng sóng siêu âm trở nên rất hấp dẫn đối với sơn kiến trúc, sơn công nghiệp, chất phân tán chức năng, mực in và các hệ thống gốc nước liên quan.
Các thiết bị siêu âm Hielscher cung cấp nền tảng công nghiệp cần thiết để triển khai chiến lược này trong thực tế. Nhờ khả năng điều khiển chính xác, buồng lưu chất có thể chịu áp lực, khả năng tích hợp trực tiếp, khả năng mở rộng tuyến tính, dễ vệ sinh và kết quả ổn định, các thiết bị này đặc biệt phù hợp cho các ứng dụng phủ bề mặt đòi hỏi khắt khe.

Tận dụng công nghệ phân tán và tiệt trùng bằng sóng siêu âm

Việc khử trùng và phân tán sơn gốc nước mà không sử dụng chất diệt khuẩn thông qua công nghệ siêu âm là một phương pháp đầy hứa hẹn trong ngành sản xuất sơn hiện đại. Công nghệ siêu âm giúp cải thiện khả năng phân tán bột màu, giảm tải lượng vi sinh vật và tăng cường độ ổn định của sản phẩm chỉ trong một quy trình tích hợp. Sự kết hợp này đặc biệt có giá trị trong bối cảnh ngành công nghiệp đang phải đối mặt với áp lực ngày càng lớn trong việc giảm thiểu việc sử dụng chất bảo quản đồng thời vẫn duy trì chất lượng sản phẩm cao và hiệu quả quy trình.
Đối với các nhà sản xuất sơn và chất phủ gốc nước, các thiết bị siêu âm Hielscher mang đến một giải pháp thiết thực và đã được chứng minh hiệu quả trong công nghiệp. Khả năng kiểm soát quy trình, tích hợp trực tiếp vào dây chuyền sản xuất, thiết kế buồng dòng chảy tăng cường, khả năng mở rộng quy mô, khả năng vệ sinh đảm bảo vệ sinh và hiệu suất ổn định giúp các thiết bị này trở thành lựa chọn lý tưởng cho quá trình phân tán và khử trùng đồng thời các chất màu sơn.

Bảng dưới đây cung cấp cho bạn một dấu hiệu về khả năng xử lý gần đúng của ultrasonicators của chúng tôi:

Thiết kế, sản xuất và tư vấn – Chất lượng Sản xuất tại Đức

Hielscher ultrasonicators nổi tiếng với chất lượng cao nhất và tiêu chuẩn thiết kế của họ. Mạnh mẽ và hoạt động dễ dàng cho phép tích hợp trơn tru của ultrasonicators của chúng tôi vào các cơ sở công nghiệp. Điều kiện khắc nghiệt và môi trường đòi hỏi dễ dàng được xử lý bởi Hielscher ultrasonicators.

Hielscher Ultrasonics là một công ty được chứng nhận ISO và đặc biệt nhấn mạnh vào ultrasonicators hiệu suất cao có công nghệ tiên tiến và thân thiện với người dùng. Tất nhiên, Hielscher ultrasonicators là CE tuân thủ và đáp ứng các yêu cầu của UL, CSA và RoHs.

Văn học / Tài liệu tham khảo