Disperzije nanočestica u vosku – napravite stabilne formulacije!
Dispergiranje nanočestica u voštane matrice važna je, ali zahtjevna primjena u premazima, kozmetici, farmaceutskim proizvodima i materijalima s faznom promjenom. S obzirom na intrinzičnu viskoznost rastopljenih voskova, njihovu hidrofobnost i sklonost nanočestica aglomeraciji zbog visokih površinskih energija, priprema disperzije nanočestica u vosku zahtijeva stručno znanje. Hielscher sonikatori osiguravaju snagu dispergiranja, preciznu upravljivost i skalabilnost za proizvodnju stabilnih disperzija nanočestica u vosku u stolnoj i industrijskoj proizvodnji.
Izazovi pri dispergiranju nanočestica u vosak
Nanočestice – bilo metalne, keramičke ili na bazi ugljika – lako stvaraju agregate zbog jakih van der Waalsovih interakcija. U vosku su te interakcije pojačane zbog nedostatka polarnih otapala ili stabilizatora. Mehaničko miješanje ili homogenizatori s rotorom i statorom često se pokazuju nedovoljnim, osobito kada su nanočestice manje od 100 nm u promjeru ili kada su potrebna visoka opterećenja. Homogena disperzija zahtijeva unos energije koji je u stanju razbiti aglomerate na nanorazini, a istodobno omočiti površinu čestica voštanim medijem.
Hielscher sonikatori sa sondom proizvode stabilne nanoemulzije parafinskog voska.
Mehanizam ultrazvučne nanodisperzije
Znatna učinkovitost ultrazvučnog dispergiranja leži u jedinstvenom radnom mehanizmu akustične kavitacije. Sonikatori sa sondom stvaraju intenzivne kavitacijske sile kada ultrazvučni valovi visokog intenziteta i niske frekvencije prolaze kroz tekućinu, npr. rastopljeni vosak. Kolaps mjehurića tokom kavitacije proizvodi lokalizirane vruće tačke s ekstremnim smičnim gradijentima, udarnim valovima i mikromlazovima. Te prolazne sile nadvladavaju adheziju među česticama i učinkovito deaglomeriraju nakupine nanočestica.
Osim toga, ultrazvučna obrada pospješuje omočivanje površina nanočestica voštanom talinom. Ponovljeni kolaps kavitacijskih mjehurića smanjuje međupovršinsku napetost, što molekulama voska omogućuje da prodru između čestica i steričkim putem ih stabiliziraju.
Primjene ultrazvučno pripremljenih voštanih nanodisperzija
Mogućnost homogenog dispergiranja nanočestica u vosku otvara put brojnim primjenama:
- Premazi i politure: Dodatak nanočestica silicijevog dioksida ili aluminijevog oksida poboljšava tvrdoću, otpornost na ogrebotine i sjaj.
- Kozmetičke formulacije: Nanočestice titanijevog dioksida ili cinkovog oksida pružaju UV zaštitu uz očuvanje prozirnosti.
- Materijali s faznom promjenom (PCM): Grafen, ugljikove nanocijevi ili metalni oksidi povećavaju toplotnu provodljivost, čime se poboljšava učinkovitost pohrane toplote u energetskim sistemima.
- Isporuka lijekova: Lipofilne nanočestice ugrađene u vosak djeluju kao rezervoari sporog oslobađanja u topikalnim ili oralnim formulacijama.
Ultrazvučni dispergatori za formulacije voska i nanočestica
Ultrazvučno dispergiranje pomoću Hielscher visokoperformantnih sonikatora sa sondom robusna je i skalabilna tehnika za proizvodnju stabilnih nanodisperzija voska.
Hielscher ultrazvučni sistemi sa sondom široko se koriste za obradu nanočestica zbog visokog kapaciteta obrade, precizne kontrole parametara i linearne skalabilnosti. Bez obzira na to trebate li pripremati disperzije nanočestica u vosku šaržno ili u kontinuiranoj inline proizvodnji, Hielscher Ultrasonics nudi idealnu postavku za ultrazvučnu obradu: laboratorijski ultrazvučni homogenizatori savršen su alat za istraživanje i razvoj proizvoda, dok industrijske ultrazvučne protočne ćelije omogućuju proizvodnju stabilnih nanodisperzija voska koje ispunjavaju najviše standarde kvalitete.
Hielscher ultrazvučni uređaji izrađeni prema najvišim standardima kvalitete objedinjuju robusnost, jednostavnost korištenja i laku integraciju u industrijske procese. Konstruirani da izdrže zahtjevna okruženja, raspolažu najmodernijom tehnologijom, ISO su certificirani i usklađeni sa zahtjevima CE, UL, CSA i RoHS.
- visoka učinkovitost
- najmodernija tehnologija
- pouzdanost & robusnost
- podesiva, precizna kontrola procesa
- šaržno & inline
- za bilo koji volumen
- inteligentni softver
- pametne funkcije (npr. programabilnost, protokolisanje podataka, daljinsko upravljanje)
- jednostavno i sigurno za rukovanje
- nizak nivo održavanja
- CIP (čišćenje na mjestu)
Tabela u nastavku daje okvirni uvid u približni kapacitet obrade naših ultrazvučnih uređaja:
| Volumen šarže | Protok | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 0,5 do 1,5mL | n.a. | VialTweeter |
| 1 do 500mL | 10 do 200mL/min | UP100H |
| 10 do 2000mL | 20 do 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 do 20L | 0,2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 do 150L | 3 do 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 do 100L/min | UIP16000hdT |
| n.a. | veći | klaster od UIP16000hdT |
Ultrazvučni sistem za emulgiranje za industrijsku proizvodnju margarina
Literatura / reference
- 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.
Često postavljana pitanja
Šta je vosak?
Vosak je klasa organskih, hidrofobnih materijala koji se uglavnom sastoje od ugljikovodika dugog lanca, estera, masnih kiselina i alkohola. Čvrsti su na sobnoj temperaturi, imaju relativno niske tačke topljenja i pri zagrijavanju pokazuju ponašanje omekšavanja.
Koje vrste voskova postoje?
Različite vrste voskova uključuju prirodne voskove kao što su pčelinji vosak, karnauba i kandelila, mineralne voskove dobivene iz nafte ili lignita kao što su parafin, mikrokristalni vosak i montan vosak te sintetičke voskove kao što su polietilenski, Fischer–Tropschov i amidni voskovi.
Za šta se koriste voskovi?
Voskovi se naširoko koriste u raznim industrijama. Pružaju zaštitu površine u premazima i politurama, djeluju kao strukturna i vezivna sredstva u kozmetici i farmaceutskim proizvodima, služe kao sredstva za odvajanje i zaštitni premazi u prehrambenoj industriji, a u tehničkim primjenama djeluju kao maziva, ljepila i materijali s faznom promjenom za pohranu energije.
Kakva je polarnost različitih voskova?
Polarnost voskova varira ovisno o njihovom hemijskom sastavu. Parafinski i polietilenski voskovi uglavnom su nepolarni, pčelinji vosak i karnauba vosak pokazuju slabu polarnost zbog estera i slobodnih masnih kiselina, a montan vosak ili određeni sintetički voskovi pokazuju umjerenu polarnost zbog karboksilnih i amidnih funkcionalnih grupa.
Hielscher Ultrasonics proizvodi visokoperformantne ultrazvučne homogenizatore od laboratorijske do industrijske veličine.