Querstromtechnologie für Inkjet Tinten

Ermöglichung einer umweltfreundlicheren Zukunft

Neu entwickelte, verbesserte Pigmentdispersionen verfügen über komplexere chemische Zusammensetzungen, die zur Bildung von verunreinigenden Nebenprodukten in Mikrongröße führen.
Der globale Wettbewerb hat viele Tinten- und Farbstoffformulierer dazu gezwungen, ihre Prozesse neu zu evaluieren und neue Filtrations- und Separationstechnologien zur Senkung der Prozesskosten zu prüfen. Zudem hat der Trend hin zu umweltfreundlicheren Verfahren in der Industrie einen neuen Schwerpunkt auf Wasserrückgewinnung und regenerierbare, geschlossene Prozesse gelegt.

Pall-Querstrommembranen können gereinigt und wiederverwendet werden und stellen so eine regenerierbare Filtrationslösung dar, die jahrelang halten kann. Dies bedeutet weniger Abfall und entsprechende geringere Entsorgungskosten. Querstrommembranen ermöglichen es dem Formulierer, durch die Rückgewinnung von Abwässern aus Formulierungsprozessen Wasser zu sparen.

Vorteile der Querstromfiltration

Die Querstromfiltration verfügt über eine Anzahl charakteristischer Merkmale, die mit erheblichen Vorteilen einhergehen. Durch diese Vorteile wird die Querstromfiltration zur bevorzugten Filtrationsmethode für bestimmte Anwendungen im Bereich Tintenflüssigkeiten.

 
Eigenschaften Vorteile
Erzeugt zwei Auslassflüsse (Retentat und Permeat) aus einem Einlass-Feedstrom Ermöglicht die Separation von Verunreinigungen mit einer Größe unterhalb oder oberhalb der Porengröße der Membran mit einer relativ scharfen Partikelgrößen-Trenngrenze
Bei jedem Durchlauf passiert nur ein Bruchteil des Feedstroms die Membran Verhindert eine spontane Verstopfung der Membran durch Flüssigkeiten mit einem verhältnismäßig hohem Schwebstoffgehalt
Die Membranen sind mit für die Ultrafiltration (UF) geeigneten Molekulargewichts-Rückhalteraten erhältlich Ermöglicht eine Abscheidung oder Separation niedermolekularer Verunreinigungen
Membranen können mittels Rückspülung oder umgekehrtem Fluss im Prozess regeneriert werden Gesteigertes Permeatvolumen, höhere Wirtschaftlichkeit der Filtration
Der Membranflux kann durch chemische Reinigung wiederhergestellt werden Erhebliche Verlängerung der Membranlebensdauer, wodurch weniger Abfälle und entsprechende geringere Entsorgungskosten anfallen
 


Querstromtechnologie für Anwendungen mit Tinten und Farbstoffen

Tintenflüssigkeiten bestehen aus Komponenten und Verunreinigungen verschiedener Größen. Die Größen bewegen sich von 100 Da bis zu über 100 μm.

Relative Größenverhältnisse üblicher Komponenten und Verunreinigungen in Tintenflüssigkeiten
Abbildung 3: Relative Größenverhältnisse üblicher Komponenten und Verunreinigungen in Tintenflüssigkeiten
* Basierend auf der Molekularstruktur von Dextran


Querstromtechnologie kann verwendet werden, um diese Komponenten und Verunreinigungen in folgenden Anwendungen zu trennen:
  • Abscheidung von Verunreinigungen aus pigmentierten wässrigen Farbstoffen
  • Klassifizierung von Pigmentdispersionen für Tinten und Farbstoffe
  • Dye Aufreinigung
  • Abwassermanagement

Abscheidung von Verunreinigungen aus pigmentierten wässrigen Farbstoffen

Der Prozess zur Formulierung von pigmentierter Tinte umfasst die Abscheidung niedermolekularer Verunreinigungen wie Salze, überschüssiger Polymere und oberflächenaktiver Substanzen. Hierzu kann das Querstrommodul im Diafiltrationsmodus verwendet werden. Eine Membran mit geeigneter Rückhalterate kann von Verunreinigungen und Trägerflüssigkeit passiert werden, während das Pigment zurückgehalten wird. Der Tintenfarbstoff rezirkuliert durch das Querstrommodul. Ein Teil der Verunreinigungen und der Flüssigkeit passiert die Membran und verlässt das Modul als Permeatfluss.

Separation niedermolekularer Verunreinigungen aus einer Pigmentdispersion
Abbildung 4: Separation einer niedermolekularen Dispersion
Hinweis: Wenn Flüssigkeit über eine Membran fließt, passiert nur ein Bruchteil der Upstream-Komponenten die Membran.


Im Diafiltrationsmodus wird entionisiertes Wasser (DI-Wasser) hinzugefügt, um das Volumen des Permeatflusses zu ersetzen, und die Verunreinigungen werden gleichsam aus dem pigmentierten Farbstoff gewaschen. Die Menge an hinzugefügtem Wasser wird üblicherweise als Mehrfaches des anfänglichen Chargenvolumens – auch als Diafiltrationsvolumen bezeichnet – ausgedrückt. Mit steigender Anzahl an Diafiltrationsvolumina sinkt die Salzkonzentration im Retentat.

Verhältnis zwischen Diafiltration und Salzkonzentration

 
Diafiltrationsvolumen Salzkonzentration im Retentat (%)
0 100,0
1 36,8
2 13,5
3 5,0
4 1,8
5 0,7
6 0,2
7 0,1
 

Klassifizierung von Pigmentdispersionen für Tinten und Farbstoffe

Querstrom-Mikrofiltrationsmembranen (MF) können erfolgreich größere Verunreinigungen und Agglomerate aus Pigmentdispersionen entfernen. Die hier spezifisch angezielten Partikel sind diejenigen, die über der erwünschten Partikelgrößenverteilung der Pigmentdispersion liegen.

Die Pigmentdispersion passiert die Membran, und jegliche größeren Verunreinigungen und Agglomerate verbleiben in der Retentatflüssigkeit. Dem System wird kontinuierlich Wasser hinzugefügt, um die Konzentration des Retentatflusses zu erhalten und den Flussabfall zu minimieren. Die Tinte oder der Farbstoff, das erwünschte Produkt, wird mit dem Wasser verdünnt. Daraufhin ist ein weiterer Schritt erforderlich, um das Permeat wieder auf die anfängliche Konzentration zu bringen.

Separation größerer Verunreinigungen und Agglomerate aus einer Pigmentdispersion
Abbildung 5: Separation größerer Verunreinigungen und Agglomerate aus einer Pigmentdispersion
Hinweis: Wenn Flüssigkeit über eine Membran fließt, passiert nur ein Bruchteil der Upstream-Komponenten die Membran.


Dye Aufreinigung

Die Tintenfiltration ist ein notwendiger Schritt in der Formulierung Dye basierender Tinten und Farbstoffen. Nicht filtrierte Dyes können nicht lösliche harte oder weiche Partikel enthalten, die aus den Dye-Synthese und -Mischverfahren stammen. Die Dye-Moleküle mit geringerer Molekulargröße und -Gewicht können die Membran leicht passieren und in den Permeatfluss eintreten; die größeren nicht löslichen Partikel werden Teil des Retentatflusses. Da die Dye basierende Tinte oder der Farbstoff über die Membran rezirkuliert wird, besteht der Permeatfluss aus aufgereinigtem Dye-Produkt. Der Retentatfluss wird zu einem schlammartigen Abwasser konzentriert und entsorgt.

Separation sehr großer Verunreinigungen aus Farbstoffen
Abbildung 6: Separation sehr großer Verunreinigungen aus Farbstoffen
Hinweis: Wenn Flüssigkeit über eine Membran fließt, passiert nur ein Bruchteil der Upstream-Komponenten die Membran.


Abwassermanagement

Waschwasser aus der Verarbeitung pigmentierter Tinte und Farbstoffe kann mittels Filtration durch eine Querstrom-Ultrafiltrationsmembran wiederaufbereitet werden. Das Wasser passiert die Membran, und die unerwünschten Feinstpartikel, einschließlich Pigmente und Verschmutzungen aus der Umgebung, werden zurückgehalten und durch mehrere Durchgänge durch das Querstrommodul konzentriert. Das filtrierte Wasser kann als Waschwasser wiederverwendet oder zur Verwendung in Tinten- oder Farbstoffformulierungen aufgereinigt werden.

Separation von Pigmenten und sehr großen Verunreinigungen aus Prozesswasser
Abbildung 7: Separation von Pigmenten und sehr großen Verunreinigungen aus Prozesswasser
Hinweis: Wenn Flüssigkeit über eine Membran fließt, passiert nur ein Bruchteil der Upstream-Komponenten die Membran.


Membralox-Produktionssystem
Membralox-Produktionssystem

Graphic Arts – Überblick
Zurück zum Überblick über Graphic Arts.
Zurück zum Überblick über Graphic Arts.
Querstrom-Filtration
Funktionsweise der Querstromfiltration
Funktionsweise der Querstromfiltration
Empfohlene Produkte
Empfohlene Produkte für die Querstromfiltration
Empfohlene Produkte für die Querstromfiltration