Дисперсии на наночастици във восък – Създавайте стабилни формулировки!
Диспергирането на наночастици във восъчни матрици е важно, но предизвикателно приложение в покритията, козметиката, фармацевтиката и материалите за фазов обмен. Като се има предвид присъщият вискозитет на разтопените восъци, тяхната хидрофобност и склонността на наночастиците да агломерират поради високите повърхностни енергии, приготвянето на дисперсия на наночастици във восък изисква ноу-хау. Звуковите апарати на Hielscher осигуряват диспергираща мощност, прецизен контрол и мащабируемост за производството на стабилни дисперсии от наночастици и восък в настолни и промишлени производства.
Предизвикателства при диспергирането на наночастици във восък
наночастици – метални, керамични или на въглеродна основа – лесно образуват агрегати поради силните ван дер Ваалсови взаимодействия. Във восъка тези взаимодействия се засилват поради липсата на полярни разтворители или стабилизатори. Механичното разбъркване или роторно-статорните хомогенизатори често се оказват недостатъчни, особено когато наночастиците са с диаметър под 100 nm или когато се изисква голямо натоварване. Хомогенната дисперсия изисква внасяне на енергия, способна да разкъса агломератите в наномащаб, като едновременно с това намокри повърхността на частиците с восъчната среда.
Сондирните ултразвукораздиратели на Hielscher произвеждат стабилни парафинови восъчни наноемулсии.
Механизъм на ултразвуковата нанодисперсия
Значителната ефективност на ултразвуковата дисперсия се дължи на уникалния механизъм на работа на акустичната кавитация. Сондажните сонатори генерират интензивни кавитационни сили, когато високоинтензивните нискочестотни ултразвукови вълни се разпространяват през течност, например разтопен восък. Разрушаването на мехурчетата по време на кавитацията създава локални горещи точки с екстремни градиенти на срязване, ударни вълни и микроструйки. Тези преходни сили преодоляват адхезията между частиците и ефикасно деагломерират клъстерите от наночастици.
Освен това ултразвукът подобрява омокрянето на повърхностите на наночастиците от восъчната стопилка. Многократното свиване на кавитационните мехурчета намалява междуфазовото напрежение, което позволява на молекулите на восъка да проникнат между частиците и да ги стабилизират стерилно.
Приложения за ултразвуково подготвени восъчни нанодисперсии
Възможността за хомогенно диспергиране на наночастици във восък открива пътища за разнообразни приложения:
- Покрития и политури: Добавянето на наночастици от силициев диоксид или алуминиев оксид повишава твърдостта, устойчивостта на надраскване и гланца.
- Козметични формулировки: Наночастиците от титаниев диоксид или цинков оксид придават UV защита, като същевременно запазват прозрачността си.
- Материали с фазов обмен (PCM): Графенът, въглеродните нанотръбички или металните оксиди увеличават топлопроводимостта, като подобряват ефективността на съхранение на топлина в енергийните системи.
- Доставка на лекарства: Липофилните наночастици, вградени във восък, действат като резервоари с бавно освобождаване в локални или перорални формулировки.
Ултразвукови дисперсери за формулации с восък и наночастици
Ултразвуковото диспергиране с помощта на високопроизводителни сондажни сонатори на Hielscher е надеждна и мащабируема техника за производство на стабилни восъчни нанодисперсии.
Ултразвуковите системи от типа на сондата на Хилшер се използват широко за обработка на наночастици поради високата им способност за обработка, прецизния контрол на параметрите и линейната мащабируемост. Независимо дали трябва да се подготвят дисперсии на восъчни наночастици в партида или в непрекъснато производство на поточна линия, Hielscher Ultrasonics предлага идеалната настройка за сониране: ултразвуковите лабораторни хомогенизатори са идеалният инструмент за научни изследвания и разработване на продукти, докато ултразвуковите промишлени поточни клетки позволяват производството на стабилни восъчни нанодисперсии, отговарящи на най-високите стандарти за качество.
Изградени в съответствие с най-високите стандарти за качество, ултразвуковите апарати на Hielscher съчетават здравина, удобство за потребителя и лесно интегриране в промишлените процеси. Проектирани да издържат на взискателни условия, те разполагат с най-съвременни технологии, сертифицирани са по ISO и отговарят на изискванията на CE, UL, CSA и RoHS.
- висока ефективност
- Най-съвременна технология
- надеждност & Стабилност
- регулируемо, прецизно управление на процеса
- партида & Вградени
- за всеки обем
- Интелигентен софтуер
- интелигентни функции (напр. програмируеми, протоколиране на данни, дистанционно управление)
- лесен и безопасен за работа
- ниска поддръжка
- CIP (почистване на място)
Таблицата по-долу ви дава представа за приблизителния капацитет на обработка на нашите ултразвукови апарати:
| Обем на партидата | Дебит | Препоръчителни устройства |
|---|---|---|
| 0.5 до 1,5 мл | Н.А. | ФлаконВисокоговорител за високи честоти |
| 1 до 500 мл | 10 до 200 мл/мин | UP100H |
| 10 до 2000 мл | 20 до 400 мл/мин | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 до 20L | 0.2 до 4 л/мин | UIP2000hdT |
| 10 до 100L | 2 до 10 л/мин | UIP4000hdT |
| 15 до 150L | 3 до 15 л/мин | UIP6000hdT |
| Н.А. | 10 до 100 л/мин | UIP16000hdT |
| Н.А. | Голям | Клъстер от UIP16000hdT |
Ултразвукова емулгираща система за промишлено производство на маргарин
Литература / Препратки
- 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.
Често задавани въпроси
Какво е восък?
Восъкът е клас органични, хидрофобни материали, съставени главно от дълговерижни въглеводороди, естери, мастни киселини и алкохоли. Те са твърди при стайна температура, имат относително ниски температури на топене и се омекотяват при нагряване.
Какви са различните видове восъци?
Различните видове восъци включват естествени восъци, като пчелен восък, карнауба и канделила, минерални восъци, получени от нефт или лигнитни въглища, като парафин, микрокристален и монтанов восък, и синтетични восъци, като полиетилен, Фишер-Тропш и амидни восъци.
За какво се използват восъците?
Восъците се използват широко в различни отрасли. Те осигуряват защита на повърхността в покритията и полиращите препарати, действат като структуриращи и свързващи агенти в козметиката и фармацевтиката, служат като разделителни агенти и защитни покрития в хранително-вкусовата промишленост и функционират като смазочни материали, лепила и материали с фазов обмен за съхранение на енергия в техническите приложения.
Каква е полярността на различните восъци?
Полярността на восъците зависи от техния химичен състав. Парафиновите и полиетиленовите восъци са предимно неполярни, пчелният восък и восъкът от карнауба имат слаба полярност, дължаща се на естери и свободни мастни киселини, а монтанът или някои синтетични восъци имат умерена полярност, дължаща се на карбоксилни и амидни функционални свойства.
Hielscher Ultrasonics произвежда високоефективни ултразвукови хомогенизатори от лаборатория да индустриален размер.