مشتتات الجسيمات النانوية في الشمع – حضّر تركيبات مستقرة!

يُعد تشتيت الجسيمات النانوية في مصفوفات الشمع تطبيقًا مهمًا، لكنه ينطوي على تحديات في مجالات الطلاءات ومستحضرات التجميل والمستحضرات الصيدلانية ومواد تغيّر الطور. ونظرًا إلى اللزوجة الذاتية للشموع المنصهرة، وطبيعتها الكارهة للماء، وميل الجسيمات النانوية إلى التكتل بسبب طاقاتها السطحية العالية، يتطلب تحضير مشتتات الجسيمات النانوية في الشمع خبرة تقنية. توفر أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية من Hielscher قدرة التشتيت وإمكانية التحكم الدقيق وقابلية التوسع لإنتاج مشتتات مستقرة من الجسيمات النانوية في الشمع باستخدام وحدات توضع على طاولة العمل وعلى نطاق الإنتاج الصناعي.

تحديات تشتيت الجسيمات النانوية في الشمع

تُشكّل الجسيمات النانوية – سواء كانت معدنية أو خزفية أو قائمة على الكربون – تجمعات بسهولة بسبب تآثرات فان دير فالس القوية. وفي الشمع، تزداد حدة هذه التآثرات بسبب غياب المذيبات القطبية أو المثبتات. وغالبًا ما يتبين أن التحريك الميكانيكي أو المجانسات ذات الدوّار والجزء الثابت غير كافية، خصوصًا عندما يقل قطر الجسيمات النانوية عن 100 nm أو عندما تكون نسب التحميل العالية مطلوبة. ويتطلب التشتيت المتجانس إدخال طاقة قادرة على تفكيك التكتلات على المقياس النانوي، مع تبليل سطح الجسيمات بالوسط الشمعي في الوقت نفسه.

آلية التشتيت النانوي بالموجات فوق الصوتية

تكمن الفعالية الكبيرة للتشتيت بالموجات فوق الصوتية في آلية العمل الفريدة للتجويف الصوتي. تُولّد أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية المزودة بمسبار قوى تجويف شديدة عندما تنتشر موجات فوق صوتية عالية الشدة ومنخفضة التردد عبر سائل، مثل الشمع المنصهر. ويُنتج انهيار الفقاعات أثناء التجويف بؤرًا ساخنة موضعية ذات تدرجات قص شديدة، وموجات صدمية، ونفاثات دقيقة. تتغلب هذه القوى العابرة على الالتصاق بين الجسيمات وتفكك تكتلات الجسيمات النانوية بكفاءة.
بالإضافة إلى ذلك، تعزز المعالجة بالموجات فوق الصوتية تبليل أسطح الجسيمات النانوية بمصهور الشمع. ويقلل الانهيار المتكرر لفقاعات التجويف التوتر البيني، مما يتيح لجزيئات الشمع التغلغل بين الجسيمات وتثبيتها بفعل الإعاقة الفراغية.

تطبيقات المشتتات النانوية الشمعية المحضّرة بالموجات فوق الصوتية

تتيح القدرة على تشتيت الجسيمات النانوية بصورة متجانسة في الشمع المجال لتطبيقات عديدة:

• الطلاءات ومواد التلميع: تعزز إضافة جسيمات السيليكا أو الألومينا النانوية الصلادة ومقاومة الخدش واللمعان.
• تركيبات مستحضرات التجميل: توفر جسيمات ثاني أكسيد التيتانيوم أو أكسيد الزنك النانوية الحماية من الأشعة فوق البنفسجية، مع الحفاظ على الشفافية.
• مواد تغيّر الطور (PCMs): يزيد الغرافين أو الأنابيب النانوية الكربونية أو أكاسيد المعادن الموصلية الحرارية، مما يحسّن كفاءة تخزين الحرارة في أنظمة الطاقة.
• توصيل الأدوية: تعمل الجسيمات النانوية المحبة للدهون والمضمّنة في الشمع بوصفها خزانات بطيئة الإطلاق في التركيبات الموضعية أو الفموية.

أجهزة التشتيت بالموجات فوق الصوتية لتركيبات الشمع والجسيمات النانوية

يُعد التشتيت بالموجات فوق الصوتية باستخدام أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء والمزودة بمسبار من Hielscher تقنية متينة وقابلة للتوسع لإنتاج مشتتات نانوية شمعية مستقرة.
تُستخدم أنظمة الموجات فوق الصوتية المزودة بمسبار من Hielscher على نطاق واسع لمعالجة الجسيمات النانوية، بفضل قدرتها العالية على المعالجة، والتحكم الدقيق في المعلمات، وقابليتها للتوسع الخطي. سواء كنت تحتاج إلى تحضير مشتتات الجسيمات النانوية في الشمع على دفعات أو ضمن إنتاج مستمر على خط المعالجة، توفر Hielscher Ultrasonics التجهيز المثالي للمعالجة بالموجات فوق الصوتية: فالمجانسات المختبرية بالموجات فوق الصوتية هي الأداة المثالية للبحث وتطوير المنتجات، بينما تتيح خلايا التدفق الصناعية بالموجات فوق الصوتية إنتاج مشتتات نانوية شمعية مستقرة تلبي أعلى معايير الجودة.
تُصنّع أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية من Hielscher وفق أعلى معايير الجودة، وتجمع بين المتانة وسهولة الاستخدام وسهولة الدمج في العمليات الصناعية. وهي مصممة لتحمّل البيئات الصعبة، وتتميز بأحدث التقنيات، وتحمل شهادة ISO، وتستوفي متطلبات CE وUL وCSA وRoHS.

يعطيك الجدول أدناه مؤشرًا على قدرة المعالجة التقريبية لأجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية لدينا:

المؤلفات / 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.