مشتتات الجسيمات النانوية في الشمع – اصنع تركيبات مستقرة!
يُعدّ تشتيت الجسيمات النانوية في مصفوفات الشمع تطبيقًا مهمًا ولكنه صعب في الطلاءات ومستحضرات التجميل والمستحضرات الصيدلانية ومواد تغيير الطور. وبالنظر إلى اللزوجة الجوهرية للشمع المصهور، وكراهيتها للماء، وميل الجسيمات النانوية إلى التكتل بسبب الطاقات السطحية العالية، فإن تحضير تشتيت الجسيمات النانوية والشمع النانوي يتطلب خبرة فنية. توفر أجهزة Hielscher الصوتية قوة التشتت وإمكانية التحكم الدقيق وقابلية التوسع لإنتاج مشتتات مستقرة من الجسيمات النانوية والشمع في الإنتاج الصناعي.
التحديات في تشتت الجسيمات النانوية في الشمع
الجسيمات النانوية – سواء كان معدنيًا أو خزفيًا أو كربونيًا – بسهولة تكوين تجمعات بسبب تفاعلات فان دير فال القوية. وتتفاقم هذه التفاعلات في الشمع بسبب عدم وجود مذيبات أو مثبتات قطبية. وغالبًا ما يثبت أن التحريك الميكانيكي أو المجانسات الدوارة الثابتة غير كافية، خاصةً عندما يكون قطر الجسيمات النانوية أقل من 100 نانومتر أو عندما تكون هناك حاجة إلى تحميلات عالية. ويتطلب التشتت المتجانس مدخلات طاقة قادرة على تفتيت التكتلات على المستوى النانوي مع ترطيب سطح الجسيمات في الوقت نفسه بوسط الشمع.
تنتج الصوتيات من نوع مسبار Hielscher مستحلبات نانوية مستقرة من شمع البارافين.
آلية التشتت النانوي بالموجات فوق الصوتية
تكمن الفعالية الكبيرة للتشتت بالموجات فوق الصوتية في آلية العمل الفريدة للتجويف الصوتي. تولد أجهزة الموجات فوق الصوتية من نوع المسبار قوى تجويف مكثفة عندما تنتشر الموجات فوق الصوتية عالية الكثافة ومنخفضة التردد عبر السائل، مثل الشمع المنصهر. ينتج عن انهيار الفقاعات أثناء التجويف بقع ساخنة موضعية ذات تدرجات قص شديدة وموجات صدمية ونفاثات دقيقة. تتغلب هذه القوى العابرة على الالتصاق بين الجسيمات وتزيل تكتلات الجسيمات النانوية بكفاءة.
وبالإضافة إلى ذلك، يعزز التجويف بالموجات فوق الصوتية ترطيب أسطح الجسيمات النانوية بواسطة ذوبان الشمع. ويؤدي الانهيار المتكرر لفقاعات التجويف إلى تقليل التوتر البيني، مما يمكّن جزيئات الشمع من التغلغل بين الجسيمات وتثبيتها بشكل عقيم.
تطبيقات للتشتتات النانوية الشمعية المحضرة بالموجات فوق الصوتية
وتفتح القدرة على تفريق الجسيمات النانوية بشكل متجانس في الشمع الطرق لتطبيقات متعددة:
- الطلاءات والملمعات: تعزز إضافة جزيئات السيليكا أو جزيئات الألومينا النانوية من الصلابة ومقاومة الخدش واللمعان.
- تركيبات مستحضرات التجميل: يضفي ثاني أكسيد التيتانيوم أو جسيمات أكسيد الزنك النانوية الحماية من الأشعة فوق البنفسجية، مع الحفاظ على الشفافية.
- مواد تغيير الطور (PCMs): يعمل الجرافين أو الأنابيب النانوية الكربونية أو أكاسيد الفلزات على زيادة التوصيل الحراري، مما يحسن كفاءة تخزين الحرارة في أنظمة الطاقة.
- توصيل الدواء: تعمل الجسيمات النانوية المحبة للدهون المدمجة في الشمع كخزانات بطيئة الإطلاق في التركيبات الموضعية أو الفموية.
المشتتات فوق الصوتية لتركيبات الجسيمات النانوية الشمعية
يُعد التشتت بالموجات فوق الصوتية باستخدام أجهزة Hielscher عالية الأداء من نوع المسبار الصوتي تقنية قوية وقابلة للتطوير لإنتاج مشتتات شمعية نانوية مستقرة من الشمع.
تُستخدم أنظمة الموجات فوق الصوتية من نوع مسبار Hielscher على نطاق واسع لمعالجة الجسيمات النانوية نظرًا لقدرتها العالية على المعالجة والتحكم الدقيق في المعلمات وقابلية التوسع الخطي. وسواء كنت بحاجة إلى تحضير مشتتات الجسيمات النانوية الشمعية على دفعات أو في الإنتاج المستمر المضمن، تقدم Hielscher Ultrasonics الإعداد المثالي للمجانسة الصوتية: المجانسات المختبرية بالموجات فوق الصوتية هي الأداة المثالية للبحث وتطوير المنتجات، في حين تسمح خلايا التدفق الصناعي بالموجات فوق الصوتية بإنتاج مشتتات شمعية نانوية مستقرة تفي بأعلى معايير الجودة.
صُممت أجهزة الموجات فوق الصوتية HIELSCHER وفقًا لأعلى معايير الجودة، وهي تجمع بين المتانة وسهولة الاستخدام وسهولة الاندماج في العمليات الصناعية. وهي مصممة لتتحمل البيئات الصعبة، وتتميز بأحدث التقنيات، وهي حاصلة على شهادة ISO، وتتوافق مع متطلبات CE وUL وCSA و RoHS.
- كفاءة عالية
- أحدث التقنيات
- موثوقيه & متانه
- تحكم دقيق وقابل للتعديل في العملية
- الدفعه & مضمنه
- لأي وحدة تخزين
- برنامج ذكي
- ميزات ذكية (على سبيل المثال، قابلة للبرمجة وبروتوكول البيانات والتحكم عن بُعد)
- سهل وآمن للعمل
- صيانة منخفضة
- التنظيف المكاني (التنظيف المكاني)
يمنحك الجدول أدناه مؤشرا على قدرة المعالجة التقريبية لأجهزة الموجات فوق الصوتية لدينا:
| حجم الدفعة | معدل التدفق | الأجهزة الموصى بها |
|---|---|---|
| 0.5 إلى 1.5 مل | ن.أ. | VialTweeter |
| 1 إلى 500 مل | 10 إلى 200 مل / دقيقة | UP100H |
| 10 إلى 2000 مل | 20 إلى 400 مل / دقيقة | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 إلى 20 لتر | 0.2 إلى 4 لتر / دقيقة | UIP2000hdT |
| 10 إلى 100 لتر | 2 إلى 10 لتر / دقيقة | UIP4000hdT |
| 15 إلى 150 لتر | 3 إلى 15 لتر / دقيقة | UIP6000hdT |
| ن.أ. | 10 إلى 100 لتر / دقيقة | UIP16000hdT |
| ن.أ. | أكبر | مجموعة من UIP16000hdT |
نظام الاستحلاب بالموجات فوق الصوتية لإنتاج السمن الصناعي
الأدب / المراجع
- Szymańska, Iwona; Żbikowska, Anna; Kowalska, Małgorzata; Golec, Krzysztof (2021): Application of Oleogel and Conventional Fats for Ultrasound-assisted Obtaining of Vegan Creams. Journal of Oleo Science 70, 2021.
- Noonim, P.; Rajasekaran, B.; Venkatachalam, K. (2022): Structural Characterization and Peroxidation Stability of Palm Oil-Based Oleogel Made with Different Concentrations of Carnauba Wax and Processed with Ultrasonication. Gels 2022, 8, 763.
- A.R. Horrocks, B. Kandola, G.J. Milnes, A. Sitpalan, R.L. Hadimani (2012): The potential for ultrasound to improve nanoparticle dispersion and increase flame resistance in fibre-forming polymers. Polymer Degradation and Stability, Volume 97, Issue 12, 2012. 2511-2523.
أسئلة مكررة
ما هو الشمع؟
الشمع عبارة عن فئة من المواد العضوية الكارهة للماء تتكون أساسًا من الهيدروكربونات طويلة السلسلة والإسترات والأحماض الدهنية والكحوليات. وهي مواد صلبة في درجة حرارة الغرفة، ولها درجات انصهار منخفضة نسبيًا، وتظهر سلوكًا لينًا عند التسخين.
ما هي أنواع الشمع المختلفة؟
تشمل الأنواع المختلفة من الشموع الشموع الطبيعية مثل شمع العسل والكرنوبا والشموع، والشموع المعدنية المشتقة من البترول أو الفحم الحجري مثل البارافين والشمع الجريزوفولفيني وشمع المونتان، والشموع الاصطناعية مثل البولي إيثيلين وفيشر تروبش وشمع الأميد.
فيم تستخدم الشموع؟
تُستخدم الشموع على نطاق واسع في مختلف الصناعات. فهي توفر الحماية للأسطح في الطلاءات ومواد التلميع، وتعمل كعوامل تركيب وتجليد في مستحضرات التجميل والمستحضرات الصيدلانية، وتعمل كعوامل تحرير وطلاءات واقية في صناعة الأغذية، وتعمل كمواد تشحيم ومواد لاصقة ومواد تغيير الطور لتخزين الطاقة في التطبيقات التقنية.
ما هي قطبية الشموع المختلفة؟
تختلف قطبية الشموع باختلاف تركيبها الكيميائي. فشمع البارافين وشمع البولي إيثيلين غير قطبي إلى حد كبير، وشمع العسل وشمع الكرنوبا يظهران قطبية ضعيفة بسبب الإسترات والأحماض الدهنية الحرة، ويظهر المونتان أو بعض الشموع الاصطناعية قطبية معتدلة بسبب وظائف الكربوكسيلية والأميديك.
Hielscher الفوق صوتيات بتصنيع الخالط بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء من المختبر ل الحجم الصناعي.