Parafin mumunda su emulsiyaları: ultrasəslə qənaətli şam istehsalı

Ultrasəslə emulsiya hazırlama parafin sərfini azaltmaq, tərkibə nəzarəti yaxşılaşdırmaq və istehsal miqyasını səmərəli şəkildə artırmaq istəyən şam istehsalçıları üçün güclü emal texnologiyasıdır. Əridilmiş parafin mumunda 10%-ə qədər suyu dispersləşdirməklə şam istehsalçıları sənaye şam istehsalına uyğun homogen mum fazasını qoruyaraq xammal xərclərini azalda bilərlər. Hielscher zond tipli sonikatorları incə, bərabər paylanmış mumda su emulsiyaları yaratmaq üçün tələb olunan yüksək intensivlikli kavitasiyanı təmin edir – laboratoriya sınaqlarından fasiləsiz istehsal miqyasınadək.

Ultrasəslə emulsiya hazırlamaqla parafin şam istehsalını təkmilləşdirin

Parafin mumu şam istehsalında ən geniş istifadə olunan xammallardan biri olaraq qalır. Lakin mum qiymətlərinin dəyişməsi, mənfəət marjalarına artan təzyiq və resurslardan daha səmərəli istifadə edən istehsala ehtiyac prosesin etibarlılığını pozmadan parafin istifadəsini azaldan texnologiyalara güclü maraq yaradıb. Ultrasəslə emulsiya hazırlama suyu əridilmiş parafin mumuna qarışdıraraq sabit mum emulsiyaları yaratmağa imkan verir.
Yüksək güclü ultrasəsdən istifadə etməklə incə dispersləşdirilmiş su damcıları mum fazasına daxil edilə və sabit parafində su emulsiyası yaradıla bilər. Parafin mumunda 10%-ə qədər su emulsiyalaşdırıldıqda istehsalçılar hər şam üçün tələb olunan parafin miqdarını azaldaraq birbaşa material qənaətinə nail ola bilərlər. Böyük həcmdə istehsal edən müəssisələr üçün mum sərfinin hətta kiçik faizlə azalması da əhəmiyyətli illik xərc qənaətinə çevrilə bilər.

Ultrasəslə emulsiya hazırlama nə üçün parafin mumu üçün idealdır

Su və parafin mumu təbii olaraq bir-biri ilə qarışmır. Ənənəvi qarışdırma üsulları çox vaxt suyu əridilmiş mumda incə və bərabər şəkildə dispersləşdirməkdə çətinlik çəkir, xüsusən də sabit damcı ölçüsü, prosesin təkrarlana bilməsi və sənaye emal məhsuldarlığı tələb olunduqda. Ultrasəslə emulsiya hazırlama bu çətinliyi akustik kavitasiya vasitəsilə aradan qaldırır.
Sonikasiya zamanı yüksək intensivlikli ultrasəs maye mühitdə mikroskopik kavitasiya qabarcıqları yaradır. Onların çökməsi lokal yüksək kəsilmə qüvvələri, turbulentlik və intensiv qarışdırma enerjisi yaradır. Hielscher ultrasəs emulqatorlarını bir-biri ilə qarışmayan mayeləri çox kiçik damcılara parçalamaq və onları bərabər paylamaq üçün akustik kavitasiyadan istifadə edən qurğular kimi təsvir edir.
Şam mumunun emalı üçün bu, suyun əridilmiş parafində bir çox rotor-stator qarışdırıcıları və ya aşağı kəsilməli qarışdırıcılarla müqayisədə xeyli daha səmərəli dispersləşdirilə bilməsi deməkdir. Alınan emulsiya aşağıdakıları təmin edə bilər:

• Əridilmiş mum fazasında incə su damcılarının paylanması
• Şam tərkibinin bütün həcmində homogenliyin yaxşılaşması
• Mum həcminin bir hissəsinin su ilə əvəz edilməsi hesabına parafin istifadəsinin azalması
• İdarə oluna bilən ultrasəs parametrləri sayəsində daha təkrarlana bilən partiyalar
• Fasiləsiz şam istehsal xətləri üçün axın xəttində səmərəli emal

10%-ə qədər suyu emulsiyalaşdırmaqla parafinə qənaət

İqtisadi əsas aydındır: parafin mumu yüksək xərc tələb edən əsas materialdır, su isə ucuzdur və asanlıqla əldə olunur. Ultrasəs vasitəsilə mum matrisinə 10%-ə qədər su daxil etməklə şam istehsalçıları hər vahid üçün parafin sərfini azalda bilərlər.
Məsələn, 1.000 kg şam mumu qarışığının istifadə olunduğu istehsal ssenarisində parafin fazasının 10%-nin emulsiyalaşdırılmış su ilə əvəz edilməsi tərkibin hazırlanma prinsiplərindən və son məhsulun spesifikasiyalarından asılı olaraq parafinə tələbatı 100 kg-a qədər azalda bilər. Sənaye miqyasında bu, xammalın satın alınması, saxlanması və logistika sahələrində əhəmiyyətli qənaət demək ola bilər.
Əsas məsələ sadəcə su əlavə etmək deyil, onu düzgün emulsiyalaşdırmaqdır. Zəif dispersləşdirilmiş su ayrıla, qüsurlara səbəb ola və ya emalı poza bilər. Ultrasəslə emulsiya hazırlama əridilmiş mum fazasına sabit şəkildə daxil edilmə üçün lazım olan incə damcı strukturunu yaradır. Hielscher xüsusilə ultrasəs axın hüceyrələri ilə birləşdirilmiş zond tipli sonikatorları parafin mumunun emulsiyalaşdırılması üçün səmərəli yanaşma kimi vurğulayır; bu yanaşma səmərəliliyi, bərabərliyi, miqyasın artırılması imkanını və keyfiyyətin sabitliyini yaxşılaşdırır.

Ultrasəs emalı parafin mumu damcılarını uzunmüddətli sabitliklə 160nm-dək kiçildir

Jadhav et al. (2015) tərəfindən aparılan elmi tədqiqat göstərir ki, ultrasəsin köməyi ilə emulsiya hazırlama ənənəvi emulsiya inversiyası üsullarına xas qeyri-sabitliyi aradan qaldıraraq suda parafin mumunun sabit nanoemulsiyalarını istehsal etmək üçün səmərəli yoldur. Su-parafin nisbəti 80:20 olan emulsiya hazırlayaraq onlar prosesin əsas dəyişənlərini – səthi aktiv maddənin konsentrasiyasını, tətbiq olunan ultrasəs gücünü və sonikasiya müddətini optimallaşdırıblar. Optimallaşdırılmış proses şəraitində tədqiqatçılar 10 mg/mL SDS, 0,61 W/mL-ə uyğun gələn 40% tətbiq olunan güc və 15 dəqiqəlik sonikasiyadan istifadə edərək təxminən 160,9 nm ölçülü parafin mumu damcıları əldə ediblər. İş göstərir ki, akustik kavitasiya əridilmiş parafini fiziki olaraq nanoölçülü damcılara parçalayır, SDS isə yeni yaranmış fazalararası sərhədi sürətlə sabitləşdirir; DSC və FTIR sonikasiya zamanı parafin mumunun kimyəvi dəyişikliklərə məruz qalmadığını təsdiqləyib. Alınan damcılar bərk, sferik, SDS adsorbsiyasına görə mənfi yüklü olub və üç aydan çox sabit qalıb, emulsiya inversiya nöqtəsi üsulu ilə hazırlanmış emulsiyalar isə 30 dəqiqə ərzində üst qatda toplanıb və ya fazalara ayrılıb. Ümumilikdə, irəliləyiş ultrasəs emalının nəzarət olunan damcı ölçüsünə, yüksək fiziki sabitliyə və mum əsaslı tərkiblərin miqyasının artırılması üçün aydın potensiala malik incə, sabit, aşağı enerjili parafin mumu nanoemulsiyaları yarada bildiyinin sübut edilməsindən ibarətdir.
 

Ultrasəslə hazırlanmış parafin mumu emulsiyasının (a) 5000 , (b) 20.000 göstəricilərində SEM şəkilləri
Tədqiqat və şəkil: ©Jadhav et al. (2015)

Mumda su emulsiyaları üçün Hielscher sonikatorları

Hielscher Ultrasonics laboratoriya, pilot və sənaye miqyasında maye emalı üçün zond tipli sonikatorlar istehsal edir. Onun ultrasəs sistemləri emulsiya hazırlama, homogenləşdirmə, dispersləşdirmə, hissəcik ölçüsünün kiçildilməsi, ekstraksiya və kimyəvi emal kimi tətbiqlərdə istifadə olunur.
Şam istehsalı üçün əsas üstünlük prosesə nəzarətdir. Hielscher sonikatorları operatorlara amplituda, enerji girişi, temperatur, təzyiq, həcm axın sürəti və qalma müddəti daxil olmaqla əsas sonikasiya parametrlərini müəyyənləşdirməyə və təkrar yaratmağa imkan verir. Bu, özlülük və temperaturun emulsiya keyfiyyətinə güclü təsir etdiyi əridilmiş parafin mumu üçün xüsusilə vacibdir.

Ultrasəslə istehsal olunmuş nanoemulsiya

Tipik tətbiq variantlarına aşağıdakılar daxildir:

1. Tərkibin hazırlanması, kiçik istehsal partiyaları və ya xüsusi təyinatlı şamlar üçün partiya üzrə sonikasiya
2. Mumun fasiləsiz emalı üçün axın hüceyrələri ilə axın xəttində sonikasiya
3. Kavitasiya intensivliyini artırmaq və nəzarət olunan emalı təmin etmək üçün təzyiq altında işləyə bilən reaktorlar
4. Mövcud sənaye şam istehsal xətlərinə inteqrasiya üçün dayaq çərçivəsinə quraşdırılmış sistemlər

Hielscher şirkətinin sənaye məhsulları portfelinə homogenləşdirmə, emulsiya hazırlama, dispersləşdirmə və hissəciklərin incə üyüdülməsi daxil olmaqla mürəkkəb sənaye maye emalı tapşırıqları üçün 4 kW-a qədər ultrasəs gücü təmin edən UIP4000hdT kimi yüksək güclü ultrasəs prosessorları daxildir. Daha böyük istehsal gücləri üçün Hielscher böyük həcmdə axın xəttində emal və istehsal mühitlərinə inteqrasiya üçün hazırlanmış, 16 kW gücündə sənaye ultrasəs prosessoru olan UIP16000 kimi sistemlər təklif edir.
Bir neçə sonikatorun paralel qruplaşdırılması ehtiyat qurğuların mövcudluğuna və tələbatın artması və biznesin genişlənməsi ilə miqyasın mərhələli artırılmasına imkan verir.

Şam istehsalçıları üçün sənaye əhəmiyyəti

Şam sənayesi, xüsusən də çay şamlarının, sütun şamların, nəzir şamlarının, qablı şamların və dekorativ şamların kütləvi bazar üçün istehsalında güclü xərc təzyiqi altında fəaliyyət göstərir. Parafin mumu qiymətlərinin dəyişkənliyi mənfəətliliyə birbaşa təsir edir. Mumda suyun ultrasəslə emulsiyalaşdırılması istehsalçılara miqyası artırıla bilən və idarə oluna bilən istehsal prosesini qoruyaraq mum sərfini azaltmaq üçün praktik yol verir.

İstehsalçılara aşağıdakılar lazım olduqda sənaye əhəmiyyəti xüsusilə böyükdür:

• Sabit mum keyfiyyəti ilə böyük həcmdə istehsal
• Hər şam üçün daha az parafin sərfi
• Yalnız partiya üzrə qarışdırma əvəzinə axın xəttində fasiləsiz emal
• Prosesin tədqiqat və işlənmədən istehsala etibarlı ötürülməsi
• Emulsiya keyfiyyətinə dəqiq nəzarət
• Mövcud əritmə, dozalama və tökmə xətlərinə inteqrasiya

Bu texnologiya xərcləri optimallaşdırılmış yeni şam tərkibləri hazırlayan istehsalçılar üçün də cəlbedicidir. Suyun miqdarını, emulqator sistemini, mum temperaturunu və ultrasəs enerji girişini tənzimləməklə istehsalçılar tərkibi istədikləri şam həndəsəsinə, yanma davranışına, səth keyfiyyətinə və istehsal üsuluna uyğunlaşdıra bilərlər.
Şam tərkibində hər hansı dəyişiklikdə olduğu kimi, istehsalçılar öz istehsal şəraitlərində yanma göstəricilərini, görünüşü, sabitliyi, təhlükəsizliyi, ətirlə uyğunluğu və saxlanma zamanı davranışı yoxlayıb təsdiqləməlidirlər. Bununla belə, ultrasəslə emulsiya hazırlama belə tərkiblərin hazırlanmasını sənaye miqyasında texniki cəhətdən mümkün etmək üçün tələb olunan emal intensivliyini və təkrarlana bilməni təmin edir.

Mum emulsiyalarında rəqabət üstünlüyü kimi ultrasəs emalı

Şam istehsalçıları üçün ultrasəslə emulsiya hazırlama sadəcə qarışdırma üsulundan daha çoxdur. Bu, xammal xərclərini azalda, tərkibin çevikliyini yaxşılaşdıra və miqyası artırıla bilən istehsalı dəstəkləyə bilən proses intensivləşdirmə texnologiyasıdır.
Hielscher sonikatorları məhz bu tip mürəkkəb maye emalı tapşırıqları üçün hazırlanıb. Əridilmiş parafinlə laboratoriya sınaqlarından sənaye istehsalında axın xəttində fasiləsiz emulsiya hazırlamaya qədər Hielscher ultrasəs sistemləri parafin şam mumunda su emulsiyaları üçün lazım olan gücü, nəzarəti və miqyasın artırılması imkanını təmin edir.
Ultrasəs kavitasiyasından istifadə edərək parafin mumuna 10%-ə qədər su daxil etməklə şam istehsalçıları nəzarət olunan, homogen mum tərkibini qoruyaraq bahalı parafindən asılılığı azalda bilərlər. Sənaye şam istehsalı üçün bu, aydın iqtisadi və əməliyyat üstünlüyü yaradır: daha aşağı material xərcləri, təkrarlana bilən keyfiyyət və laboratoriya miqyasında tərkib hazırlamadan tammiqyaslı istehsala birbaşa keçid yolu.

 
Aşağıdakı cədvəl ultrasəs cihazlarımızın təxmini emal gücü barədə təsəvvür yaradır:

Ultrasəs mum emulsiyaları: laboratoriyadan sənaye istehsalına miqyasın xətti artırılması

Hielscher ultrasəs texnologiyasının əsas üstünlüklərindən biri miqyasın xətti artırılmasıdır. Şam istehsalçıları kiçik miqyasda mümkünlük sınaqları ilə başlaya, parafində su tərkibini optimallaşdıra və sonra proses parametrlərini daha böyük sistemlərə ötürə bilərlər.
Miqyasın artırılmasının ciddi yenidən layihələndirmə və qeyri-müəyyən tənzimləmələr tələb edə bildiyi bir çox ənənəvi qarışdırma texnologiyalarından fərqli olaraq, ultrasəs prosesinin miqyasının artırılması təkrarlana bilən proses parametrlərinə əsaslanır. Tələb olunan xüsusi enerji girişi, amplituda, temperatur, təzyiq və qalma müddəti (axın sürəti) məlum olduqdan sonra ultrasəs gücünü və emal məhsuldarlığını artırmaqla və ya bir neçə ultrasəs qurğusunu paralel işlətməklə prosesin miqyası artırıla bilər.
Bu yanaşma şam istehsalçıları üçün xüsusilə dəyərlidir, çünki işlənmə riskini azaldır. Laboratoriya və ya masaüstü sonikatorda hazırlanmış tərkib pilot avadanlıqda yoxlanıb təsdiqlənə və sonra tam sənaye istehsalına ötürülə bilər. Hielscher qeyd edir ki, masaüstü homogenizatorlardan tətbiq tədqiqatları, miqyasın artırılması işləri, pilot tədqiqatlar, prosesin optimallaşdırılması və daha kiçik partiyaların emalı üçün istifadə oluna bilər; böyük həcmdə axın xəttində və ya partiya üzrə emal üçün isə 4–16 kW gücündə yüksək güclü ultrasəs zondları mövcuddur.
Böyük istehsal müəssisələri üçün bir neçə ultrasəs prosessorunun qruplaşdırılması hər reaktorda eyni kavitasiya şəraitini qoruyaraq çox yüksək emal məhsuldarlığına imkan verir. Bu modul konsepsiya məhsulun sabitliyindən güzəştə getmədən istehsal gücünün etibarlı artırılmasını dəstəkləyir.

Layihələndirmə, istehsal və məsləhət xidmətləri – Almaniyada istehsal olunmuş keyfiyyət

Hielscher ultrasəs cihazları ən yüksək keyfiyyət və dizayn standartları ilə tanınır. Möhkəmlik və asan idarəetmə ultrasəs cihazlarımızın sənaye müəssisələrinə rahat inteqrasiyasına imkan verir. Hielscher ultrasəs cihazları sərt şəraitin və yüksək tələblər qoyan mühitlərin öhdəsindən asanlıqla gəlir.

Hielscher Ultrasonics ISO sertifikatlı şirkətdir və ən müasir texnologiyaya, eləcə də istifadə rahatlığına malik yüksək məhsuldarlıqlı ultrasəs cihazlarına xüsusi önəm verir. Əlbəttə, Hielscher ultrasəs cihazları CE normalarına uyğundur və UL, CSA və RoHs tələblərinə cavab verir.

Ədəbiyyat / İstinadlar

• A.J. Jadhav, C.R. Holkar, S.E. Karekar, D.V. Pinjari, A.B. Pandit (2015): Ultrasound assisted manufacturing of paraffin wax nanoemulsions: Process optimization. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 23, 2015. 201-207.
• Alina Lozhechnikova, Hervé Bellanger, Benjamin Michen, Ingo Burgert, Monika Osterberg (2016): Surfactant-free carnauba wax dispersion and its use for layer-by-layer assembled protective surface coatings on wood. Applied Surface Science 2016.
• 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.