Ультразвуковая технология распыления антибактериального покрытия: принцип, применение и перспективы

Ультразвуковая технология распыления антибактериальных покрытий: принцип, применение и перспективы

С ростом внимания к здоровью и безопасности во всем мире антибактериальные покрытия все чаще используются в медицине, пищевой упаковке, общественных местах и т. д. Технология ультразвукового распыления, как эффективный и равномерный метод подготовки покрытий, широко применяется при создании антибактериальных покрытий. Ультразвуковое распыление - это метод распыления, основанный на технологии ультразвуковых распылительных форсунок. По сравнению с традиционным пневматическим двухкомпонентным распылением, ультразвуковое распыление обеспечивает более высокую однородность, меньшую толщину покрытия и более высокую точность. В то же время, поскольку ультразвуковая форсунка не требует помощи давления воздуха для распыления, ультразвуковое распыление может значительно уменьшить разбрызгивание краски, вызванное процессом распыления, тем самым значительно снижая расход краски. Коэффициент использования краски при ультразвуковом распылении более чем в 4 раза выше, чем при традиционном двухкомпонентном распылении. В этой статье будут представлены принципы, преимущества, области применения и перспективы развития ультразвукового распыления антибактериальных покрытий.

Ультразвуковая форсунка - это распылительная форсунка, которая использует высокочастотную вибрацию, генерируемую пьезоэлектрическим преобразователем, воздействующую на головку форсунки, тем самым генерируя капиллярные волны в жидкой пленке. Как только амплитуда капиллярных волн достигает критической высоты (из-за уровня мощности, обеспечиваемого генератором), они становятся слишком высокими, чтобы поддерживать себя, и крошечные капли падают с вершины каждой волны, что приводит к распылению.

Основными факторами, влияющими на начальный размер капель, являются частота вибрации, поверхностное натяжение и вязкость жидкости. Частоты обычно находятся в диапазоне 20–180 кГц, что выходит за пределы диапазона слышимости человека, и в этом диапазоне самые высокие частоты производят наименьшие размеры капель.

Принцип работы ультразвуковых форсунок заключается в использовании ультразвуковых преобразователей для преобразования высокочастотных звуковых волн в механическую энергию, которая затем преобразуется в жидкость для создания стоячих волн. Когда жидкость покидает распыляющую поверхность форсунки, она разбивается на мелкий туман из однородных капель микронного размера. В отличие от традиционных форсунок, которые полагаются на давление и высокоскоростное движение для разбиения жидкостей на мелкие частицы. Ультразвуковые форсунки используют ультразвуковое распыление жидкости, и энергия ультразвуковой вибрации низкая. Жидкость может подаваться к форсунке самотеком или жидкостным насосом низкого давления для непрерывного или прерывистого распыления.

По сравнению с традиционными методами распыления (такими как воздушное распыление и электростатическое распыление), ультразвуковое распыление имеет следующие преимущества:

Равномерное покрытие: небольшой размер капель (10–50 мкм), более равномерное распределение и меньший расход материала.
Высокая эффективность и энергосбережение: отсутствие требования высокого давления газа, низкое энергопотребление, подходит для прецизионного покрытия.
Применимо к различным материалам: можно распылять растворы, содержащие антимикробные агенты, такие как наносеребро, диоксид титана и четвертичные аммониевые соли.

Форсунка без засорения: отсутствие распыления под высоким давлением, уменьшение износа форсунки и проблем с засорением.

Ультразвуковые антибактериальные покрытия обычно содержат следующие активные ингредиенты:
Наносеребро (AgNPs): антибактериальное средство широкого спектра действия, разрушает клеточные мембраны бактерий.
Диоксид титана (TiO₂): фотокаталитическое антибактериальное средство, разлагает органические вещества под воздействием ультрафиолетового света.
Четвертичные аммониевые соли (QACs): положительно заряжены, адсорбируют и разрушают микробные клетки.
Хитозан: натуральный антибактериальный агент с хорошей биосовместимостью.

Области применения
1. Медицинское оборудование и инструменты
Нанесение антибактериальных слоев на поверхности хирургических инструментов, катетеров, масок и т. д. для снижения риска внутрибольничной инфекции.
Покрытие ортопедических имплантатов для предотвращения послеоперационной бактериальной инфекции.
2. Упаковка пищевых продуктов
Распыление антибактериальных агентов на внутреннюю стенку полиэтиленовой пленки и упаковочных коробок для продления срока годности пищевых продуктов.
3. Общественные объекты
Антибактериальная обработка часто контактирующих поверхностей, таких как кнопки лифтов, дверные ручки и сиденья общественного транспорта.
4. Текстиль
Антибактериальная обработка медицинской защитной одежды, антибактериальных носков и спортивной одежды.