Восъчни емулсии с мощен ултразвук
Когато восъкът се диспергира под формата на нанокапчици с много хомогенно разпределение, се получава стабилна восъчна емулсия. Ултразвуковите хомогенизатори генерират високи сили на срязване и са надеждни и здрави системи за производство на стабилни восъчни наноемулсии. Хомогенизаторите с високи сили на срязване на Hielscher Ultrasonics осигуряват емулсии с превъзходно качество за различни промишлени отрасли.
Ултразвукови восъчни емулсии
Високите сили на срязване, генерирани чрез ултразвук, осигуряват необходимата енергия за производство на восъчни емулсии с наноразмери, например стабилни парафинови наноемулсии.
Субмикронни и наноразмерни емулсии и дисперсии могат да бъдат формулирани чрез комбинация от различни восъци, за да се получи продукт с превъзходно качество и много високи функционални характеристики (например смазваща способност, водоустойчивост, устойчивост на надраскване и др.).
Високите сили на срязване на ултразвуковите хомогенизатори позволяват производството на стабилни, готови за употреба восъчни състави с частици в равновесие. Ултразвуковото емулгиране води до получаване на частици с наноразмери и равномерно разпределение.
Промишлена ултразвукова проточна система за производство на восъчни емулсии.
- много малки размери на капчиците под 100nm
- стабилни емулсии
- удължен срок на годност (механична стабилност)
- по-висока ефикасност
- прецизен контрол на процеса
Ултразвукова парафинова наноемулсия
Как да приготвите стабилна парафинова емулсия
Восъчната емулсия с наноразмери се формулира от разтопен парафин (като маслена фаза), дестилирана вода и анионен SDS като повърхностноактивно вещество. За получаване на груба предварителна смес восъкът, водата и повърхностноактивното вещество се хомогенизират с магнитна бъркалка при 1000 rpm. За целта повърхностноактивното вещество (концентрация 10 mg/ml емулсия) и водата се смесват в лабораторна чаша и се нагряват до приблизително 65–70ºC. След това парафинът се добавя на капки при магнитно разбъркване, като се поддържа обемна фракция на маслената фаза 0,2.
След пълното добавяне на парафина грубо предварително смесената емулсия се обработва с ултразвуков настолен хомогенизатор UIP1000hdT (1000W, 20kHz) за приблизително 15 min. Процесът на ултразвуково емулгиране води до получаване на восъчна наноемулсия с много висока стабилност.
Прочетете повече за парафиновите емулсии, получени чрез ултразвукова обработка!
Ултразвукови наноемулсии, приготвени с Hielscher UP400St
Повърхностноактивни вещества
Восъчните емулсии могат да бъдат стабилизирани чрез стеричен механизъм (с нейонни емулгатори) или чрез електростатичен механизъм (с йонни емулгатори, най-често анионни). Комбинирането на анионни и нейонни емулгатори осигурява оптимална стабилност на емулсията, тъй като восъчните частици са защитени чрез двата механизма на стабилизиране. Това се нарича електростеричен механизъм на стабилизиране.
За емулгиране на восъци могат да се използват различни емулгатори или повърхностноактивни вещества, които могат да бъдат анионни, катионни или нейонни. Най-често използваните повърхностноактивни вещества са етоксилати на мастни алкохоли като нейонни повърхностноактивни вещества, тъй като те осигуряват изключителна устойчивост на твърда вода, резки промени на pH и електролити. За други специфични характеристики на материала се използват различни други вещества, например анионни повърхностноактивни вещества за по-добра хидрофобност или катионни повърхностноактивни вещества за по-добра адхезия.
Забележка: Колкото по-малки са капчиците, толкова повече повърхностноактивно вещество е необходимо за покриване на повърхността им, тъй като съотношението V/S на сферите е следното: S/V = 3/R. При всяко увеличение x*l или x*r на дължината или радиуса увеличението на повърхностната площ е x на квадрат (x2), а увеличението на обема е x на трета степен (x3).
Формулиране с восъчни емулсии и дисперсии
Ултразвуковите хомогенизатори се използват не само за получаване на восъчни емулсии / дисперсии – те се използват и за обработка на восъчните емулсии на последващи етапи, за да се включи емулсията като добавка в крайния продукт (например покрития, лакове, бои, козметика и др.).
Ултразвукови хомогенизатори за тежки работни условия за стабилни восъчни емулсии
Hielscher Ultrasonics е световноизвестен доставчик на ултразвукови хомогенизатори с висока мощност. Нашите ултразвукови апарати се използват по целия свят като надеждни и здрави „работни коне“ в химическата, фармацевтичната, козметичната и хранителната промишленост. Промишлените ултразвукови апарати на Hielscher могат непрекъснато да осигуряват много високи амплитуди до 200µm (и по-високи при поискване), за да генерират интензивна кавитация и високо срязване. В резултат се получават ултрафини наноемулсии и дисперсии с много тесни разпределения на размерите на частиците. Нашите ултразвукови системи с висока мощност ви помагат да постигнете превъзходно качество на вашите восъчни състави.
Здравината на ултразвуковите апарати на Hielscher позволява работа 24/7 при голямо натоварване и в тежки условия.
Ултразвуков апарат със сонда UP400St за приготвяне на стабилни восъчни емулсии.
| Обем на партидата | Дебит | Препоръчани устройства |
|---|---|---|
| 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 |
Свържете се с нас! / Попитайте ни!
Мощен ултразвуков хомогенизатор UIP15000hdT с мощност 1,5kW с проточна клетка за емулгиране в поточна линия.
Литература / Източници
- Salla Puupponen, Ari Seppälä, Olli Vartia, Kari Saari, Tapio Ala-Nissilä (2015): Preparation of paraffin and fatty acid phase changing nanoemulsions for heat transfer. Thermochimica Acta, Volume 601, 2015. 33-38.
- Behrend, O.; Ax, K.; Schubert, H. (2000): Influence of continuous phase viscosity on emulsification by ultrasound. Ultrason Sonochem. 7(2), 2000. 77-85.
- Hosseini S.; Tarzi B. G.; Gharachorloo M.; Ghavami M.; Bakhoda H. (2015): Optimization on the Stability of Linseed Oil-in-Water Nanoemulsions Generated by Ultrasonic Emulsification Using Response Surface Methodology (RSM). Orient J Chem 31(2), 2015.
Полезни факти
Какво е восък? За какво се използват восъците?
Восъците се определят като разнообразен клас органични съединения, които са хидрофобни, пластични твърди вещества при температури, близки до тези на околната среда. Восъците са съставени от различни компоненти, включително въглеводороди (нормални или разклонени алкани и алкени), кетони, дикетони, първични и вторични алкохоли, алдехиди, стеролови естери, алканови киселини, терпени (сквален) и моноестери (восъчни естери). Химичният състав на восъците е сложен и варира, но като цяло восъците съдържат сравнително висок дял алкани, а въглеводородите имат дълги или много дълги въглеродни вериги (от 12 до около 38 въглеродни атома). Те са твърди в широк температурен диапазон (температура на топене между 60°C и 100°C). При разтопяване се превръщат в течност с нисък вискозитет.
Характеризират се с неразтворимост във вода, но с разтворимост в органични неполярни разтворители. Восъците могат да бъдат разделени на естествени (от растителен или животински произход), полусинтетични и синтетични.
За промишленото производство на восъци основният източник е суровият нефт.
Двата най-важни вида нефтени восъци са парафиновите и микрокристалните восъци:
Парафиновите восъци обикновено имат бяла, твърда восъкоподобна консистенция без мирис и вкус, с типична температура на топене между 46°C и 68°C (115°F и 154°F) и плътност приблизително 900 kg/m3. Те имат макрокристална структура и са неразтворими във вода, но са разтворими в етер, бензен и някои естери. Парафиновите восъци се получават от суров нефт и съдържат между 20 и 40 въглеродни атома.
Микрокристалният восък, известен също като петролатум, се използва за разнообразни приложения поради своя мирис, цвят, съдържание на масло, консистенция и способност да свързва масло.
α-олефиновите восъци се получават синтетично от етилен или чрез синтез на Fischer-Tropsch с катализатор Ziegler-Natta, или чрез олигомеризация на етилен. Алфа-олефиновите восъци се използват най-често в добавки за смазочни масла, смазочни средства за PVC, свещи, химикали за нефтени сондажи и козметика.
Полиетиленовият восък (PE-WAX) е полиетилен с ултраниска молекулна маса (ULMWPE), състоящ се от вериги от етиленови мономери. Полипропиленовият восък (PP-WAX) е синтетична кристална смола с ниска молекулна маса.
Както полиетиленовите, така и полипропиленовите восъци са хомополимери и се използват основно за формулиране на оцветители за пластмаси.
Съполимерните восъци като производни на етиленвинилацетат (EVA) и етиленакрилова киселина (EAA) са широко разпространени в съставите за покрития, например базови покрития с метален ефект.
Восъците и восъчните добавки се използват широко, за да придадат на продукта смазващи свойства/плъзгане, реологични свойства, устойчивост на абразия, свойства против слепване/бариерни свойства, блясък или матиране, устойчивост на окисление и/или водоотблъскване.
Восъците са широко използван компонент в много отрасли, например при производството на химикали (например фини и специализирани химикали), покрития, бои и мастила, добавки и модификатори, лепила, пластмаси и PVC, гуми и каучукови изделия, в строителството, при производството на устройства за термостатично регулиране, опаковки, храни и козметика.
Естествени восъци:
- Животински восъци: пчелен восък, ланолин, лой, шеллак, спермацет
- Растителни восъци: карнаубски восък, канделилов восък, соев восък, рицинов восък, восък от оризови трици, восък от восъчна мирика, восък от жожоба и др.
Минерални восъци:
- Изкопаеми восъци: церезин, монтанен восък, озокерит, торфен восък
- Нефтени восъци: парафин, микрокристални восъци, например петролатум
Синтезирани восъци:
Синтетични восъци: етиленови полимери, например полиетилен и етер-естери на полиоли; полиолефинови восъци; восъци от амиди на мастни киселини; хлорирани нафталини; въглеводороден тип, например Fischer-Tropsch.
Какво е восъчна емулсия?
Восъчната емулсия / восъчната дисперсия е стабилна смес от един или няколко восъка във вода. Тъй като восъците и водните течности обикновено са несмесими, за получаване на стабилна восъчна емулсия са необходими повърхностноактивни вещества и усъвършенстван процес на смесване, например мощен ултразвук. Строго терминологично восъчната емулсия трябва да се нарича восъчна дисперсия, тъй като восъците са твърди при стайна температура. Но тъй като восъчните емулсии / дисперсии се приготвят с разтопени восъци, термините „емулгиране“ и „восъчна емулсия“ се използват най-често за водни восъчни състави, докато терминът „восъчна дисперсия“ описва предимно восъчен състав на основата на разтворител.
Какво е емулсия
Емулсията е дисперсия на течност в течност, съставена от две или повече несмесими течности.
Емулсията може да бъде от различни типове: w/o, o/w, w/o/w, o/w/o
Типът на емулсията (w/o или o/w) може да се определи чрез тест за разреждане. Емулсията може да се разрежда само с непрекъснатата / външната фаза. Друг метод за определяне на типа на емулсията е измерването на електропроводимостта. Йонните емулсии o/w не провеждат електрически ток, докато емулсиите o/w провеждат електрически ток.
За теста с филтърна хартия с CoCl2 филтърната хартия се импрегнира с CoCl2 и се изсушава (син цвят). Цветът на филтърната хартия с CoCl2 става розов при добавяне на емулсия o/w.
Hielscher Ultrasonics произвежда високопроизводителни ултразвукови хомогенизатори с размери от лабораторни до промишлени.