Disperzije nanočestica u vosku – Napravite stabilne formulacije!
Disperzija nanočestica u voštane matrice je važna, ali izazovna primjena u premazima, kozmetici, farmaceutskim proizvodima i materijalima s promjenom faze. S obzirom na unutrašnju viskoznost istopljenih voskova, njihovu hidrofobnost i tendenciju nanočestica da se aglomeriraju zbog visokih površinskih energija, priprema disperzije nanočestica i voska zahtijeva znanje. Hielscher sonicatori pružaju snagu disperzije, preciznu kontrolu i skalabilnost za proizvodnju stabilnih disperzija nanočestica i voska u stolnoj i industrijskoj proizvodnji.
Izazovi u disperziji nanočestica u vosak
nanočestice – bilo da je metalna, keramička ili na bazi ugljika – lako formiraju agregate zbog jakih van der Waalsovih interakcija. U vosku, ove interakcije su pogoršane nedostatkom polarnih rastvarača ili stabilizatora. Mehaničko miješanje ili homogenizatori rotor-stator često se pokažu nedovoljnima, posebno kada su nanočestice ispod 100 nm u promjeru ili kada su potrebna velika opterećenja. Homogena disperzija zahtijeva unos energije sposoban za razbijanje aglomerata na nanoskali, dok istovremeno vlaži površinu čestica sa voštanim medijem.
Sonikatori tipa Hielscher sonde proizvode stabilne nanoemulzije parafinskog voska.
Mehanizam ultrazvučne nano-disperzije
Značajna efikasnost ultrazvučne disperzije leži u jedinstvenom radnom mehanizmu akustične kavitacije. Sonikatori tipa sonde generiraju intenzivne kavitacijske sile kada se visokointenzivni, niskofrekventni ultrazvučni talasi šire kroz tečnost, npr. rastopljeni vosak. Kolaps mjehurića tokom kavitacije stvara lokalizirane žarišta sa ekstremnim gradijentima smicanja, udarnim talasima i mikromlazovima. Ove prolazne sile prevazilaze adheziju između čestica i efikasno deaglomeriraju klastere nanočestica.
Osim toga, ultrazvuk pojačava vlaženje površina nanočestica topljenjem voska. Ponovljeni kolaps kavitacijskih mjehurića smanjuje međufaznu napetost, omogućavajući molekulama voska da prodru između čestica i sterički ih stabiliziraju.
Aplikacije za ultrazvučno pripremljene voštane nanodisperzije
Sposobnost homogene disperzije nanočestica u vosku otvara puteve za višestruke primjene:
- Premazi i lakovi: Dodatak silicijevog dioksida ili nanočestica glinice povećava tvrdoću, otpornost na ogrebotine i sjaj.
- Kozmetičke formulacije: Nanočestice titanij-dioksida ili cink-oksida daju UV zaštitu, uz zadržavanje prozirnosti.
- Materijali za promjenu faze (PCM): Grafen, ugljikove nanocijevi ili metalni oksidi povećavaju toplotnu provodljivost, poboljšavajući efikasnost skladištenja toplote u energetskim sistemima.
- Isporuka lijekova: Lipofilne nanočestice ugrađene u vosak djeluju kao rezervoari sa sporim otpuštanjem u lokalnim ili oralnim formulacijama.
Ultrazvučni raspršivači za formulacije voska i nanočestica
Ultrazvučna disperzija pomoću Hielscher visokoučinkovitih sondnih sonatora je robusna i skalabilna tehnika za proizvodnju stabilnih voštanih nano-disperzija.
Hielscher ultrazvučni sistemi tipa sonde se široko koriste za obradu nanočestica zbog svoje visoke sposobnosti obrade, precizne kontrole parametara i linearne skalabilnosti. Bilo da trebate pripremiti disperzije nanočestica voska u seriji ili u kontinuiranoj inline proizvodnji, Hielscher Ultrasonics nudi idealnu postavku sonikacije: ultrazvučni laboratorijski homogenizatori su savršen alat za istraživanje i razvoj proizvoda, dok ultrazvučne industrijske protočne ćelije omogućavaju proizvodnju stabilnih voštanih nano-disperzija koje ispunjavaju najviše standarde kvaliteta.
Izgrađeni prema najvišim standardima kvaliteta, Hielscher ultrazvučni uređaji kombiniraju robusnost, jednostavnost korištenja i jednostavnu integraciju u industrijske procese. Dizajnirani da izdrže zahtjevna okruženja, imaju najsuvremeniju tehnologiju, imaju ISO certifikat i u skladu su sa CE, UL, CSA i RoHS zahtjevima.
- visoka efikasnost
- najsavremenija tehnologija
- pouzdanost & robusnost
- podesiva, precizna kontrola procesa
- serija & U redu
- za bilo koju zapreminu
- inteligentni softver
- pametne funkcije (npr. programabilno, protokoliranje podataka, daljinski upravljač)
- jednostavan i siguran za rad
- nisko održavanje
- CIP (čišćenje na mjestu)
Tabela ispod daje vam indikaciju približnih kapaciteta obrade naših ultrazvučnih aparata:
| Batch Volume | Flow Rate | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 0.5 do 1.5 mL | N / A | VialTweeter |
| 1 do 500 ml | 10 do 200 ml/min | UP100H |
| 10 do 2000 ml | 20 do 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 do 20L | 0.2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10 l/min | UIP4000hdT |
| 15 do 150L | 3 do 15 l/min | UIP6000hdT |
| N / A | 10 do 100L/min | UIP16000hdT |
| N / A | veći | klaster of UIP16000hdT |
Ultrazvučni sistem za emulziju 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 Postavljena Pitanja
Šta je vosak?
Vosak je klasa organskih, hidrofobnih materijala koji se uglavnom sastoje od dugolančanih ugljikovodika, estera, masnih kiselina i alkohola. Oni su čvrsti na sobnoj temperaturi, imaju relativno niske tačke topljenja i pokazuju omekšavanje nakon zagrijavanja.
Koje su različite vrste voskova?
Različite vrste voskova uključuju prirodne voskove kao što su pčelinji vosak, karnauba i kandelila, mineralne voskove izvedene iz nafte ili lignita, kao što su parafin, mikrokristalni i montanski vosak, te sintetičke voskove kao što su polietilen, Fischer-Tropsch i amidni voskovi.
Za šta se koriste voskovi?
Voskovi se široko koriste u svim industrijama. Oni pružaju površinsku zaštitu u premazima i lakovima, djeluju kao strukturna i vezivna sredstva u kozmetici i farmaceutskim proizvodima, služe kao sredstva za otpuštanje i zaštitni premazi u prehrambenoj industriji, i funkcioniraju kao maziva, ljepila i materijali za promjenu faze za skladištenje energije u tehničkim aplikacijama.
Koliki je polaritet različitih voskova?
Polaritet voskova varira u zavisnosti od njihovog hemijskog sastava. Parafinski i polietilenski voskovi su uglavnom nepolarni, pčelinji vosak i karnauba vosak pokazuju slab polaritet zbog estera i slobodnih masnih kiselina, a montan ili određeni sintetički voskovi pokazuju umjereni polaritet zbog karboksilnih i amidnih funkcija.
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi lab to industrijska veličina.