Emulzije voska pomoću snažnog ultrazvuka
Kada se vosak disperguje u obliku nanokapljica s vrlo homogenom raspodjelom, dobiva se stabilna emulzija voska. Ultrazvučni homogenizatori generiraju visoke smične sile i pouzdani su i robusni sistemi za proizvodnju stabilnih nanoemulzija voska. Homogenizatori visokog smicanja kompanije Hielscher Ultrasonics isporučuju vrhunske emulzije za različite industrije.
Ultrazvučne emulzije voska
Ultrazvučno generirane visoke smične sile isporučuju energiju potrebnu za proizvodnju emulzija voska nanometarske veličine, npr. stabilnih nanoemulzija parafinskog voska.
Submikronske i nanoemulzije te disperzije mogu se formulirati kombiniranjem različitih voskova kako bi se dobio vrhunski proizvod s vrlo visokom funkcionalnošću (npr. podmazivanje, otpornost na vodu, otpornost na ogrebotine itd.).
Visoke smične sile ultrazvučnih homogenizatora omogućavaju proizvodnju stabilnih formulacija voska spremnih za upotrebu s česticama u ravnoteži. Ultrazvučna emulzifikacija rezultira česticama nanometarske veličine i ujednačenom raspodjelom.
Industrijski ultrazvučni protočni sistem za proizvodnju emulzija voska.
- vrlo male veličine kapljica, manje od 100nm
- stabilne emulzije
- produžen rok trajanja (mehanička stabilnost)
- veća djelotvornost
- precizna kontrola procesa
Ultrazvučna nanoemulzija parafinskog voska
Kako pripremiti stabilnu emulziju parafinskog voska
Nanoemulzija voska formulira se od otopljenog parafinskog voska (kao uljne faze), destilirane vode i anionskog SDS-a kao surfaktanta. Kako bi se dobila gruba predsmjesa, vosak, voda i surfaktant homogeniziraju se magnetnom mješalicom pri 1000 rpm. U tu svrhu surfaktant (koncentracija 10 mg/ml emulzije) i voda miješaju se u čaši i zagrijavaju na oko 65–70ºC. Zatim se parafinski vosak dodaje kap po kap uz održavanje volumnog udjela uljne faze od 0,2 uz magnetno miješanje.
Nakon potpunog dodavanja parafinskog voska, grubo predmiješana emulzija podvrgava se ultrazvučnoj obradi ultrazvučnim stolnim homogenizatorom UIP1000hdT (1000W, 20kHz) tokom otprilike 15 min. Proces ultrazvučne emulzifikacije rezultira nanoemulzijom voska s vrlo visokom stabilnošću.
Saznajte više o emulziji parafinskog voska pomoću ultrazvučne obrade (sonikacije)!
Ultrazvučne nanoemulzije pripremljene uređajem Hielscher UP400St
Surfaktanti
Emulzije voska mogu se stabilizirati ili steričkim mehanizmom (upotrebom nejonskih emulgatora) ili elektrostatičkim mehanizmom (upotrebom jonskih emulgatora, najčešće anionskih). Kombinacija anionskih i nejonskih emulgatora daje emulziji optimalnu stabilnost jer su čestice voska zaštićene oba mehanizma stabilizacije. To se naziva elektrosteričkim mehanizmom stabilizacije.
Za emulzifikaciju voskova mogu se koristiti različiti emulgatori ili surfaktanti, koji mogu biti anionski, kationski ili nejonski. Najčešće korišteni surfaktanti su etoksilati masnih alkohola kao nejonski surfaktanti, jer nude izuzetnu stabilnost prema tvrdoj vodi, pH šokovima i elektrolitima. Za druge specifične karakteristike materijala koriste se različiti drugi surfaktanti, npr. anionski surfaktanti za bolju hidrofobnost ili kationski surfaktanti za bolju adheziju.
Napomena: Što su kapljice manje, to je potrebno više surfaktanta za prekrivanje površine kapljice, jer je odnos V/S kugli sljedeći: S/V = 3/R. Za svako povećanje, x*l ili x*r, dužine ili poluprečnika, povećanje površine je x na kvadrat (x2) a povećanje volumena je x na kub (x3).
Formulacija s emulzijama i disperzijama voska
Ultrazvučni homogenizatori ne koriste se samo za formiranje emulzija / disperzija voska – koriste se i za obradu emulzija voska u daljnjim koracima radi ugradnje emulzije kao aditiva u konačni proizvod (npr. premaze, lakove, boje, kozmetiku itd.).
Ultrazvučni homogenizatori za zahtjevne uslove rada za stabilne emulzije voska
Hielscher Ultrasonics je svjetski poznat dobavljač ultrazvučnih homogenizatora velike snage. Naši ultrazvučni uređaji (ultrasonicatori) mogu se naći širom svijeta kao pouzdani i robusni „radni konji“ u hemijskoj, farmaceutskoj, kozmetičkoj i prehrambenoj industriji. Ultrasonicatori industrijske klase kompanije Hielscher mogu kontinuirano isporučivati vrlo visoke amplitude do 200µm (a na zahtjev i veće) kako bi se generirala intenzivna kavitacija i visoko smicanje. Kao rezultat, proizvode se ultrafine nanoemulzije i disperzije s vrlo uskom raspodjelom čestica. Naši ultrazvučni sistemi velike snage pomažu vam da postignete vrhunski kvalitet svojih formulacija voska.
Robusnost sonikatora kompanije Hielscher omogućava rad 24/7 pod velikim opterećenjem i u zahtjevnim okruženjima.
Sonikator sondnog tipa UP400St za pripremu stabilnih emulzija voska.
| Volumen šarže | Protok | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 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 uređaja UIP16000hdT |
Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!
Snažan ultrazvučni homogenizator od 1,5kW UIP15000hdT s protočnom ćelijom za inline emulzifikaciju.
Literatura / Reference
- 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.
Zanimljivosti koje vrijedi znati
Šta je vosak? Za šta se koriste voskovi?
Voskovi se definiraju kao raznolika klasa organskih jedinjenja koja su hidrofobne, savitljive čvrste tvari na temperaturama bliskim ambijentalnim. Voskovi se sastoje od različitih komponenti, uključujući ugljikovodike (normalne ili razgranate alkane i alkene), ketone, diketone, primarne i sekundarne alkohole, aldehide, sterolne estre, alkanske kiseline, terpene (skvalen) i monoestre (voštane estre). Hemijski sastav voskova je složen i varira, ali općenito voskovi sadrže relativno visok udio alkana, a ugljikovodici imaju duge ili vrlo duge ugljikove lance (od 12 do otprilike 38 atoma ugljika). Čvrsti su u širokom rasponu temperatura (tačka topljenja između 60°C i 100°C). Kada su otopljeni, pretvaraju se u tekućinu niske viskoznosti.
Karakterizira ih netopljivost u vodi, ali topljivost u organskim, nepolarnim otapalima. Voskovi se mogu podijeliti na prirodne (biljnog ili životinjskog porijekla), polusintetske i sintetske voskove.
Za komercijalnu proizvodnju voskova glavni izvor je sirova nafta.
Dva najvažnija tipa naftnih voskova su parafinski i mikrokristalni voskovi:
Parafinski voskovi uglavnom imaju bijelu, bezmirisnu, bezukusnu, voštanu čvrstu konzistenciju, s tipičnom tačkom topljenja između 46°C i 68°C (115°F i 154°F) te gustoćom od otprilike 900 kg/m3. Imaju makrokristalnu strukturu i netopljivi su u vodi, ali topljivi u etru, benzenu i određenim estrima. Parafinski voskovi dobivaju se iz sirove nafte i sadrže između 20 i 40 atoma ugljika.
Mikrokristalni vosak, poznat i kao petrolatum, koristi se za mnogobrojne primjene zbog svog mirisa, boje, sadržaja ulja, konzistencije i svojstva vezanja ulja.
α-olefinski voskovi dobivaju se ili sintetski iz etilena Fischer-Tropschovom sintezom uz Ziegler-Natta katalizator ili oligomerizacijom etilena. Alfa-olefinski voskovi najčešće se koriste u aditivima za maziva ulja, PVC mazivima, svijećama, hemikalijama za bušenje nafte i kozmetici.
Polietilenski vosak (PE-WAX) je polietilen ultraniske molekulske mase (ULMWPE) koji se sastoji od lanaca etilenskog monomera. Polipropilenski vosak (PP-WAX) je sintetska, kristalna smola niske molekulske mase.
I polietilenski i polipropilenski voskovi su homopolimeri i uglavnom se koriste za formulaciju bojila za plastiku.
Kopolimerni voskovi poput derivata etilen-vinil-acetata (EVA) i etilen-akrilne kiseline (EAA) široko su zastupljeni u formulacijama premaza, npr. metalik osnovnih premaza.
Voskovi i aditivi od voska široko se koriste kako bi proizvodu dali podmazivanje/klizavost, reološka svojstva, otpornost na abraziju, svojstva protiv slijepljivanja/barijere, poliranje ili mat efekt, otpornost na oksidaciju i/ili vodoodbojnost.
Voskovi su široko korištena komponenta u mnogim industrijama, kao što su proizvodnja hemikalija (npr. fina i specijalna hemija), premazi, boje i mastila, aditivi i modifikatori, ljepila, plastika i PVC, gume i kaučuci, građevinarstvo i graditeljstvo, termostatski uređaji, ambalaža, hrana i kozmetika.
Prirodni voskovi:
- Životinjski voskovi: pčelinji vosak, lanolin, loj, šelak, spermaceti
- Biljni voskovi: karnauba, kandelila, soja, ricinus, vosak od mekinja riže, vosak od borovnice (bayberry), jojoba itd.
Mineralni voskovi:
- Fosilni voskovi: ceresin, montan, ozokerit, vosak od treseta
- Naftni voskovi: parafin, mikrokristalni voskovi, npr. petrolatum
Sintetizirani voskovi:
Sintetski voskovi: etilenski polimeri, npr. polietilen i poliol eter-estri; poliolefinski voskovi; voskovi amidi masnih kiselina; hlorirani naftaleni; tip ugljikovodika, npr. Fischer-Tropsch.
Šta je emulzija voska?
Emulzija voska / disperzija voska je stabilna smjesa jednog ili više voskova u vodi. Budući da se voskovi i vodene tekućine normalno ne miješaju, za formiranje stabilne emulzije voska potrebni su surfaktanti i sofisticiran proces miješanja, npr. snažni ultrazvuk. Strogo govoreći, emulzija voska trebala bi se nazivati disperzijom voska jer su voskovi čvrsti na sobnoj temperaturi. Ali budući da se emulzije / disperzije voska pripremaju s otopljenim voskovima, izrazi „emulzifikacija“ i „emulzija voska“ najčešće se koriste za vodene formulacije voska, dok izraz „disperzija voska“ uglavnom opisuje formulaciju voska na bazi otapala.
Šta je emulzija
Emulzija je disperzija tekućine u tekućini od dvije ili više tekućina koje se ne miješaju.
Emulzija se može pojaviti u različitim tipovima: w/o, o/w, w/o/w, o/w/o
Tip emulzije (w/o ili o/w) može se ispitati testom razrjeđivanja. Emulzija se može razrijediti samo kontinuiranom / vanjskom fazom. Druga metoda za identifikaciju tipa emulzije je ispitivanje provodljivosti. Jonske o/w emulzije ne provode, dok o/w emulzije provode električnu struju.
Za test s CoCl2 filter papirom, filter papir se impregnira s CoCl2 i suši (plava boja). Boja CoCl2 filter papira postaje ružičasta kada se doda o/w emulzija.
Hielscher Ultrasonics proizvodi visokoučinkovite ultrazvučne homogenizatore od laboratorijske do industrijske veličine.