مستحلبات الشمع باستخدام الموجات فوق الصوتية عالية القدرة

حقائق جديرة بالمعرفة

ما الشمع؟ وفيمَ تُستخدَم الشموع؟

تُعرَّف الشموع بأنها فئة متنوعة من المركبات العضوية التي تكون مواد صلبة كارهة للماء وقابلة للتشكيل عند درجات حرارة قريبة من درجة حرارة المحيط. وتتكوَّن الشموع من مكونات متنوعة تشمل الهيدروكربونات (الألكانات والألكينات المستقيمة أو المتفرعة)، والكيتونات، وثنائيات الكيتون، والكحولات الأولية والثانوية، والألدهيدات، وإسترات الستيرول، والأحماض الألكانويكية، والتربينات (السكوالين)، والإسترات الأحادية (إسترات الشمع). والتركيب الكيميائي للشموع معقَّد ومتفاوت، لكن الشموع تحتوي عمومًا على نسبة مرتفعة نسبيًا من الألكانات، وتتميز هيدروكربوناتها بسلاسل كربونية طويلة أو طويلة جدًا (من 12 إلى نحو 38 ذرة كربون). وتكون صلبة ضمن نطاق واسع من درجات الحرارة (درجة الانصهار بين 60°C و100°C). وعند انصهارها، تتحول إلى سائل منخفض اللزوجة.
وتتميز بعدم ذوبانها في الماء، مع قابليتها للذوبان في المذيبات العضوية غير القطبية. ويمكن تصنيف الشموع إلى شموع طبيعية (مشتقة من النباتات أو الحيوانات)، وشبه اصطناعية، واصطناعية.
ويُعد النفط الخام المصدر الرئيسي لإنتاج الشموع تجاريًا.

وأهم نوعين من الشموع النفطية هما شمع البارافين والشمع دقيق التبلور:
شموع البارافين تتميز غالبًا بقوام صلب شمعي أبيض عديم الرائحة والطعم، وبدرجة انصهار نموذجية تتراوح بين 46°C و68°C (115°F و154°F)، وكثافة تبلغ نحو 900 kg/m³. ولها بنية كبيرة البلورات، وهي غير قابلة للذوبان في الماء، لكنها تذوب في الإيثر والبنزين وبعض الإسترات. وتُشتَق شموع البارافين من النفط الخام وتحتوي على ما بين 20 و40 ذرة كربون.
الشمع دقيق التبلور، المعروف أيضًا باسم البترولاتوم، يُستخدَم في تطبيقات متعددة نظرًا لرائحته ولونه ومحتواه الزيتي وقوامه وخاصيته في ربط الزيت.

شموع α-أوليفين تُشتَق اصطناعيًا من الإيثيلين إما عبر تخليق Fischer-Tropsch باستخدام حفاز Ziegler-Natta، أو عبر بلمرة الإيثيلين إلى أوليغومرات. وتُستخدَم شموع ألفا-أوليفين بصورة شائعة في إضافات زيوت التزليق، ومواد تزليق PVC، والشموع، والمواد الكيميائية لحفر آبار النفط، ومستحضرات التجميل.

شمع البولي إيثيلين (PE-WAX) هو بولي إيثيلين ذو وزن جزيئي فائق الانخفاض (ULMWPE)، ويتكوَّن من سلاسل وحدات الإيثيلين الأحادية. شمع البولي بروبيلين (PP-WAX) هو راتنج اصطناعي بلوري منخفض الوزن الجزيئي.
وتُعدّ شموع البولي إيثيلين والبولي بروبيلين بوليمرات متجانسة، وتُستخدم أساسًا لتحضير تركيبات المواد الملوِّنة للبلاستيك.

شموع البوليمرات المشتركة ، مثل مشتقات إيثيلين أسيتات الفينيل (EVA) وإيثيلين حمض الأكريليك (EAA)، شائعة الاستخدام في تركيبات الطلاءات، مثل طبقات الطلاء الأساسية ذات التأثير المعدني.

تُستخدَم الشموع وإضافات الشمع على نطاق واسع لإكساب المنتج خصائص التزليق/الانزلاق، والريولوجيا، ومقاومة السحج، ومنع التلاصق/تكوين حاجز، والتلميع أو إضفاء مظهر مطفأ، ومقاومة الأكسدة و/أو طرد الماء.
والشموع مكوِّن شائع الاستخدام في صناعات عديدة، مثل إنتاج المواد الكيميائية (كالمواد الكيميائية الدقيقة والمتخصصة)، والطلاءات، والدهانات والأحبار، والإضافات ومعدِّلات الخواص، والمواد اللاصقة، والبلاستيك وPVC، والإطارات والمطاط، والتشييد والبناء، وأجهزة التحكم الثرموستاتي، ومواد التعبئة والتغليف، والأغذية، ومستحضرات التجميل.

الشموع الطبيعية:

• الشموع الحيوانية: شمع النحل، اللانولين، الشحم الحيواني، الشيلاك، شمع العنبر
• الشموع النباتية: الكرنوبا، الكاندليلا، الصويا، الخروع، نخالة الأرز، شمع الآس الشمعي، الجوجوبا وغيرها.

الشموع المعدنية:

• الشموع الأحفورية: السيريسين، المونتان، الأوزوكيريت، شمع الخث
• الشموع النفطية: البارافين، الشموع دقيقة التبلور، مثل البترولاتوم

الشموع المُخلَّقة:
الشموع الاصطناعية: البوليمرات الإيثيلينية مثل البولي إيثيلين وإيثرات–إسترات البوليول؛ شموع البولي أوليفين؛ شموع أميدات الأحماض الدهنية؛ النفثالينات المكلورة؛ النوع الهيدروكربوني، مثل Fischer-Tropsch.

ما مستحلب الشمع؟

مستحلب الشمع / مشتت الشمع هو مزيج مستقر من نوع واحد أو عدة أنواع من الشموع في الماء. ولأن الشموع والسوائل المائية غير قابلة للامتزاج عادةً، فإن تكوين مستحلب شمع مستقر يتطلب مواد خافضة للتوتر السطحي وعملية خلط متطورة، مثل استخدام الموجات فوق الصوتية عالية القدرة. ومن حيث المصطلح الدقيق، يجب تسمية مستحلب الشمع مشتتَ شمع، لأن الشموع تكون صلبة في درجة حرارة الغرفة. ولكن نظرًا لأن مستحلبات / مشتتات الشمع تُحضَّر باستخدام شموع منصهرة، فإن مصطلحَي «الاستحلاب» و«مستحلب الشمع» هما الأكثر استخدامًا لتركيبات الشمع المائية، بينما يصف مصطلح «مشتت الشمع» غالبًا تركيبة شمع قائمة على مذيب.

ما المستحلب

المستحلب هو تشتت سائل في سائل يتكوَّن من سائلين أو أكثر غير قابلين للامتزاج.
ويمكن أن يوجد المستحلب بأنواع مختلفة: w/o, o/w, w/o/w, o/w/o
يمكن فحص نوع المستحلب (w/o أو o/w) باختبار التخفيف. ولا يمكن تخفيف المستحلب إلا بالطور المستمر / الخارجي. وهناك طريقة أخرى لتحديد نوع المستحلب، وهي اختبار التوصيلية. فالمستحلبات الأيونية من نوع o/w لا توصل الكهرباء، بينما توصل المستحلبات من نوع o/w التيار الكهربائي.
لاستخدام اختبار ورق الترشيح بـCoCl₂ ، يُشرَّب ورق ترشيح بـCoCl₂ ويُجفَّف (لون أزرق). ويتحول لون ورق الترشيح المشبَّع بـCoCl₂ إلى الوردي عند إضافة مستحلب من نوع o/w.