Дисперсии на наночастици във восък – създавайте стабилни формулации!
Диспергирането на наночастици във восъчни матрици е важно, но същевременно трудно приложение при покритията, козметиката, фармацевтичните продукти и материалите с фазов преход. Предвид присъщия вискозитет на разтопените восъци, тяхната хидрофобност и склонността на наночастиците да агломерират поради високата повърхностна енергия, приготвянето на дисперсия на наночастици във восък изисква специализирани знания и опит. Ултразвуковите апарати на Hielscher осигуряват необходимата мощност за диспергиране, прецизна управляемост и мащабируемост за производството на стабилни дисперсии на наночастици във восък с настолни системи и в промишленото производство.
Предизвикателства при диспергирането на наночастици във восък
Наночастиците – независимо дали са метални, керамични или на въглеродна основа – лесно образуват агрегати поради силните взаимодействия на Ван дер Ваалс. Във восъка тези взаимодействия се засилват от липсата на полярни разтворители или стабилизатори. Механичното разбъркване или роторно-статорните хомогенизатори често се оказват недостатъчни, особено когато диаметърът на наночастиците е под 100 nm или когато са необходими високи концентрации на наночастици. Хомогенната дисперсия изисква внасяне на енергия, способна да разрушава агломератите на наномащабно ниво, като едновременно омокря повърхността на частиците с восъчната среда.
Ултразвуковите апарати със сонда на Hielscher произвеждат стабилни наноемулсии на парафинов восък.
Механизъм на ултразвуковото нанодиспергиране
Значителната ефективност на ултразвуковото диспергиране се дължи на уникалния механизъм на действие на акустичната кавитация. Ултразвуковите апарати със сонда генерират интензивни кавитационни сили, когато нискочестотни ултразвукови вълни с висок интензитет се разпространяват през течност, например разтопен восък. Колапсът на мехурчетата при кавитация създава локализирани горещи точки с екстремни градиенти на срязване, ударни вълни и микроструи. Тези краткотрайни сили преодоляват адхезията между частиците и ефективно деагломерират струпванията от наночастици.
Освен това ултразвуковата обработка подобрява омокрянето на повърхностите на наночастиците от восъчната стопилка. Повтарящият се колапс на кавитационните мехурчета намалява междуфазното напрежение, като позволява на восъчните молекули да проникват между частиците и да ги стабилизират стерично.
Приложения на восъчни нанодисперсии, приготвени чрез ултразвукова обработка
Възможността за хомогенно диспергиране на наночастици във восък открива пътя към множество приложения:
- Покрития и полиращи средства: Добавянето на наночастици от силициев диоксид или алуминиев оксид повишава твърдостта, устойчивостта на надраскване и блясъка.
- Козметични формулации: Наночастиците от титанов диоксид или цинков оксид осигуряват UV защита, като същевременно запазват прозрачността.
- Материали с фазов преход (PCMs): Графенът, въглеродните нанотръби или металните оксиди увеличават топлопроводността, като подобряват ефективността на съхранението на топлина в енергийните системи.
- Доставка на лекарствени вещества: Липофилните наночастици, включени във восък, действат като резервоари с бавно освобождаване във формулации за локално или перорално приложение.
Ултразвукови диспергатори за формулации от восък и наночастици
Ултразвуковото диспергиране с високопроизводителните ултразвукови апарати със сонда на Hielscher е надежден и мащабируем метод за производство на стабилни восъчни нанодисперсии.
Ултразвуковите системи със сонда на Hielscher се използват широко за обработка на наночастици поради високия си капацитет за обработка, прецизния контрол на параметрите и линейната мащабируемост. Независимо дали трябва да приготвяте дисперсии на наночастици във восък на партиди или при непрекъснато производство в линия, Hielscher Ultrasonics предлага идеалната конфигурация за ултразвукова обработка: лабораторните ултразвукови хомогенизатори са перфектният инструмент за научни изследвания и разработване на продукти, а промишлените ултразвукови проточни клетки позволяват производството на стабилни восъчни нанодисперсии, отговарящи на най-високите стандарти за качество.
Изработени според най-високите стандарти за качество, ултразвуковите апарати на Hielscher съчетават здравина, удобство за потребителя и лесна интеграция в промишлени процеси. Проектирани да издържат на тежки условия на работа, те разполагат с най-съвременна технология, сертифицирани са по ISO и отговарят на изискванията на CE, UL, CSA и RoHS.
- висока ефективност
- най-съвременна технология
- надеждност и здравина
- регулируем, прецизен контрол на процеса
- партидна обработка и обработка в линия
- за всякакъв обем
- интелигентен софтуер
- интелигентни функции (например програмируемост, регистриране на данни, дистанционно управление)
- лесна и безопасна работа
- минимална поддръжка
- CIP (почистване на място)
Таблицата по-долу дава представа за приблизителния капацитет за обработка на нашите ултразвукови апарати:
| Обем на партидата | Дебит | Препоръчителни устройства |
|---|---|---|
| 0,5 до 1,5mL | n.a. | VialTweeter |
| 1 до 500mL | 10 до 200mL/min | UP100H |
| 10 до 2000mL | 20 до 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 до 20L | 0,2 до 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 до 100L | 2 до 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 до 150L | 3 до 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 до 100L/min | UIP16000hdT |
| n.a. | по-голям | група от UIP16000hdT |
Ултразвукова емулгираща система за промишлено производство на маргарин
Литература / Източници
- 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 представлява восъкът?
Восъците са клас органични, хидрофобни материали, съставени главно от дълговерижни въглеводороди, естери, мастни киселини и алкохоли. Те са твърди при стайна температура, имат сравнително ниски температури на топене и омекват при нагряване.
Какви са различните видове восъци?
Различните видове восъци включват естествени восъци като пчелен восък, карнаубски восък и канделилов восък, минерални восъци, получени от нефт или лигнитни въглища, като парафинов, микрокристален и монтанов восък, както и синтетични восъци като полиетиленови восъци, восъци на Фишер–Тропш и амидни восъци.
За какво се използват восъците?
Восъците се използват широко в различни отрасли. Те осигуряват защита на повърхностите в покрития и полиращи средства, действат като структурообразуващи и свързващи агенти в козметиката и фармацевтичните продукти, служат като разделителни агенти и защитни покрития в хранително-вкусовата промишленост и се използват като смазочни материали, лепила и материали с фазов преход за съхранение на енергия в технически приложения.
Каква е полярността на различните восъци?
Полярността на восъците варира според техния химичен състав. Парафиновите и полиетиленовите восъци са до голяма степен неполярни, пчелният и карнаубският восък проявяват слаба полярност поради наличието на естери и свободни мастни киселини, а монтановият восък или някои синтетични восъци проявяват умерена полярност поради наличието на карбоксилни и амидни функционални групи.
Hielscher Ultrasonics произвежда високопроизводителни ултразвукови хомогенизатори с размери от лабораторни до промишлени.