Disperze nanočástic ve vosku – vytvářejte stabilní formulace!
Dispergace nanočástic do voskových matric je důležitá, avšak náročná aplikace v oblasti povlaků, kosmetiky, farmaceutik a materiálů s fázovou změnou. Vzhledem k vnitřní viskozitě roztavených vosků, jejich hydrofobnosti a sklonu nanočástic k aglomeraci v důsledku vysoké povrchové energie vyžaduje příprava disperze nanočástic ve vosku know-how. Sonikátory Hielscher poskytují dispergační výkon, přesnou řiditelnost a škálovatelnost pro výrobu stabilních disperzí nanočástic ve vosku ve stolní i průmyslové výrobě.
Výzvy při dispergaci nanočástic do vosku
Nanočástice – ať už kovové, keramické, nebo na bázi uhlíku – snadno tvoří agregáty v důsledku silných van der Waalsových interakcí. Ve vosku jsou tyto interakce zesíleny absencí polárních rozpouštědel nebo stabilizátorů. Mechanické míchání nebo homogenizátory typu rotor-stator se často ukazují jako nedostatečné, zejména pokud mají nanočástice průměr pod 100 nm nebo pokud je vyžadováno vysoké plnění. Homogenní disperze vyžaduje vstup energie schopný rozbít aglomeráty v nanoměřítku a současně smáčet povrch částic voskovým médiem.
Sonikátory Hielscher sondového typu vytvářejí stabilní nanoemulze parafinového vosku.
Mechanismus ultrazvukové nanodisperze
Značná účinnost ultrazvukové dispergace spočívá v jedinečném mechanismu působení akustické kavitace. Sonikátory sondového typu generují intenzivní kavitační síly, když se vysoce intenzivní nízkofrekvenční ultrazvukové vlny šíří kapalinou, např. roztaveným voskem. Kolaps bublin během kavitace vytváří lokalizovaná horká místa s extrémními gradienty smyku, rázovými vlnami a mikroproudy. Tyto přechodné síly překonávají adhezi mezi částicemi a účinně deaglomerují shluky nanočástic.
Ultrasonikace navíc zlepšuje smáčení povrchů nanočástic taveninou vosku. Opakovaný kolaps kavitačních bublin snižuje mezifázové napětí, což umožňuje molekulám vosku pronikat mezi částice a stericky je stabilizovat.
Aplikace ultrazvukově připravených voskových nanodisperzí
Schopnost homogenně dispergovat nanočástice ve vosku otevírá cestu k rozmanitým aplikacím:
- Povlaky a leštidla: Přídavek nanočástic oxidu křemičitého nebo oxidu hlinitého zvyšuje tvrdost, odolnost proti poškrábání a lesk.
- Kosmetické formulace: Nanočástice oxidu titaničitého nebo oxidu zinečnatého poskytují UV ochranu při zachování průhlednosti.
- Materiály s fázovou změnou (PCM): Grafen, uhlíkové nanotrubice nebo oxidy kovů zvyšují tepelnou vodivost, čímž zlepšují účinnost akumulace tepla v energetických systémech.
- Podávání léčiv: Lipofilní nanočástice zabudované ve vosku působí jako zásobníky s pomalým uvolňováním v topických nebo perorálních formulacích.
Ultrazvukové dispergátory pro formulace vosku s nanočásticemi
Ultrazvuková dispergace pomocí vysoce výkonných sonikátorů Hielscher sondového typu je robustní a škálovatelná technika pro výrobu stabilních voskových nanodisperzí.
Ultrazvukové systémy Hielscher sondového typu jsou široce využívány pro zpracování nanočástic díky své vysoké zpracovatelské schopnosti, přesnému řízení parametrů a lineární škálovatelnosti. Ať už potřebujete připravovat disperze nanočástic ve vosku vsádkově, nebo v kontinuální inline výrobě, Hielscher Ultrasonics nabízí ideální sestavu pro sonikaci: ultrazvukové laboratorní homogenizátory jsou dokonalým nástrojem pro výzkum a vývoj produktů, zatímco ultrazvukové průmyslové průtokové cely umožňují výrobu stabilních voskových nanodisperzí splňujících nejvyšší standardy kvality.
Ultrazvukové přístroje Hielscher, vyrobené podle nejvyšších standardů kvality, spojují robustnost, uživatelskou přívětivost a snadnou integraci do průmyslových procesů. Jsou navrženy tak, aby odolaly náročným prostředím, disponují nejmodernější technologií, mají certifikaci ISO a splňují požadavky CE, UL, CSA a RoHS.
- vysoká účinnost
- nejmodernější technologie
- spolehlivost a robustnost
- nastavitelné, přesné řízení procesu
- vsádkově i inline
- pro jakýkoli objem
- inteligentní software
- chytré funkce (např. programovatelnost, protokolování dat, dálkové ovládání)
- snadná a bezpečná obsluha
- nízká údržba
- CIP (čištění na místě)
Níže uvedená tabulka vám poskytuje orientační údaje o přibližné zpracovatelské kapacitě našich ultrazvukových přístrojů:
| Objem vsádky | Průtok | Doporučená zařízení |
|---|---|---|
| 0,5 až 1,5mL | n.a. | VialTweeter |
| 1 až 500mL | 10 až 200mL/min | UP100H |
| 10 až 2000mL | 20 až 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 až 20L | 0,2 až 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 až 100L | 2 až 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 až 150L | 3 až 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 až 100L/min | UIP16000hdT |
| n.a. | větší | klastr zařízení UIP16000hdT |
Ultrazvukový emulgační systém pro průmyslovou výrobu margarínu
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.
Často kladené otázky
Co je vosk?
Vosk je třída organických, hydrofobních materiálů složených převážně z uhlovodíků s dlouhým řetězcem, esterů, mastných kyselin a alkoholů. Vosky jsou za pokojové teploty pevné, mají relativně nízké body tání a při zahřívání vykazují měknutí.
Jaké jsou různé druhy vosků?
Mezi různé druhy vosků patří přírodní vosky, jako je včelí vosk, karnaubský a kandelilový vosk, minerální vosky získávané z ropy nebo lignitu, jako je parafin, mikrokrystalický a montánní vosk, a syntetické vosky, jako jsou polyethylenové, Fischer–Tropschovy a amidové vosky.
K čemu se vosky používají?
Vosky se široce používají napříč průmyslovými odvětvími. Poskytují povrchovou ochranu v povlacích a leštidlech, působí jako strukturotvorná a pojivová činidla v kosmetice a farmacii, slouží jako separační prostředky a ochranné povlaky v potravinářském průmyslu a v technických aplikacích fungují jako maziva, lepidla a materiály s fázovou změnou pro akumulaci energie.
Jaká je polarita různých vosků?
Polarita vosků se liší podle jejich chemického složení. Parafinové a polyethylenové vosky jsou převážně nepolární, včelí vosk a karnaubský vosk vykazují slabou polaritu díky esterům a volným mastným kyselinám a montánní nebo některé syntetické vosky vykazují střední polaritu v důsledku karboxylových a amidových funkčních skupin.
Hielscher Ultrasonics vyrábí vysoce výkonné ultrazvukové homogenizátory od laboratorních až po průmyslové velikosti.