Voskové emulze s výkonovým ultrazvukem
Když se vosk disperguje jako nano kapičky s velmi homogenní distribucí, získají se stabilní voskové emulze. Ultrazvukové homogenizátory generují vysoké smykové síly a jsou spolehlivými a robustními systémy pro výrobu stabilních voskových nanoemulzí. Hielscher Ultrazvuk vysoko-smykové homogenizátory dodávají vynikající emulze pro různá průmyslová odvětví.
Ultrazvukové voskové emulze
Ultrazvukem generované vysoké smykové síly dodávají potřebnou energii k výrobě voskových emulzí o velikosti nano, např. stabilních nanoemulzí parafínového vosku.
Submikronové a nano emulze a disperze lze formulovat pomocí kombinace různých vosků s cílem získat špičkový produkt s velmi vysokou funkčností (např. mazivost, voděodolnost, odolnost proti poškrábání atd.).
Vysoké smykové síly ultrazvukových homogenizátorů umožňují vyrábět stabilní voskové formulace připravené k použití s částicemi v rovnováze. Ultrazvuková emulgace má za následek částice o velikosti nano a rovnoměrnou distribuci.
Průmyslový ultrazvukový průtokový systém pro výrobu voskových emulzí.
- velmi malé velikosti kapek s méně než 100 nm
- stabilní emulze
- prodloužená trvanlivost (mechanická stabilita)
- vyšší účinnost
- Přesné řízení procesu
Ultrazvuková nanoemulze parafínového vosku
Jak připravit stabilní emulzi z parafínového vosku
Vosková emulze o nanovelikosti je formulována z roztaveného parafínového vosku (jako olejová fáze), destilované vody a aniontového SDS jako povrchově aktivní látky. Aby se vytvořila hrubá směs, vosk, voda a povrchově aktivní látka se homogenizují pomocí magnetického míchadla při 1000 otáčkách za minutu. Proto se povrchově aktivní látka (koncentrace 10 mg/ml emulze) a voda smíchají v kádince a heatetu na cca. 65–70 ºC. Poté se parafínový vosk přidává po kapkách tak, že se pod magnetickým mícháním udržuje objemová frakce 0,2 v olejové fázi.
Po úplném přidání parafínového vosku se hrubě předem promíchaná emulze sonikovaný ultrazvukovým stolním homogenizátorem UIP1000hdT (1000W, 20kHz) po dobu cca. 15 min. Výsledkem ultrazvukového emulgačního procesu je nanovosková emulze s velmi vysokou stabilitou.
Přečtěte si více o emulzi parafínového vosku pomocí ultrazvuku!
Ultrazvukové nanoemulze připravené s Hielscher UP400St
povrchově aktivní látky
Voskové emulze mohou být stabilizovány buď sterickým mechanismem (pomocí neiontových emulgátorů) nebo elektrostatickým mechanismem (pomocí iontových emulgátorů, nejčastěji aniontových). Kombinace aniontových a neiontových emulgátorů poskytuje emulzi optimální stabilitu, protože částice vosku jsou chráněny oběma stabilizačními mechanismy. To se označuje jako elektrosterický stabilizační mechanismus.
Pro emulgaci vosků lze použít různé emulgátory nebo povrchově aktivní látky, které mohou být aniontové, kationtové nebo neiontové. Nejčastěji používanými povrchově aktivními látkami jsou ethoxyláty mastného alkoholu jako neiontové povrchově aktivní látky, protože nabízejí mimořádnou stabilitu proti tvrdé vodě, pH šokům a elektrolytům. Pro další specifické vlastnosti materiálu se používají různé jiné, např. aniontové povrchově aktivní látky pro lepší hydrofobnost nebo kationtové povrchově aktivní látky pro lepší přilnavost.
Poznámka: Čím menší jsou kapky, tím více povrchově aktivní látky je zapotřebí k pokrytí povrchu kapek, protože poměr V/S kuliček je následující: S/V = 3/R. Pro každé zvětšení, x*l nebo x*r délky nebo poloměru, je nárůst plochy povrchu x na druhou (x2) a nárůst objemu x je umocněn na druhou (x3).
Formulace s voskovými emulzemi a disperzemi
Ultrazvukové homogenizátory se nepoužívají pouze k tvorbě voskových emulzí / disperzí – Používají se ke zpracování voskových emulzí v dalších krocích, aby se emulze začlenila jako přísada do konečného produktu (např. nátěrové hmoty, laky, barvy, kosmetika atd.).
Těžké ultrazvukové homogenizátory pro stabilní voskové emulze
Hielscher Ultrasonics je celosvětově uznávaný dodavatel vysoce výkonných ultrazvukových homogenizátorů. Naše ultrazvukové přístroje lze nalézt po celém světě jako spolehlivé a robustní “Pracovní koně” v chemickém, farmaceutickém, kosmetickém a potravinářském průmyslu. Hielscher průmyslové ultrasonicators jsou schopny nepřetržitě dodávat velmi vysoké amplitudy až do 200 μm (a vyšší na vyžádání), aby generovaly intenzivní kavitaci a vysoké smyky. V důsledku toho vznikají ultrajemné nano emulze a disperze s velmi úzkou distribucí částic. Naše vysoce výkonné ultrazvukové systémy vám pomohou získat špičkovou kvalitu vašich voskových formulací.
Robustnost sonikátorů Hielscher umožňuje provoz 24 hodin denně, 7 dní v týdnu při náročném provozu a v náročných prostředích.
Sonikátor typu sondy UP400St pro přípravu stabilních voskových emulzí.
| Objem dávky | Průtok | Doporučená zařízení |
|---|---|---|
| 1 až 500 ml | 10 až 200 ml / min | UP100H |
| 10 až 2000 ml | 20 až 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 až 20L | 0.2 až 4 l/min | UIP2000hdT |
| 10 až 100 l | 2 až 10 l/min | UIP4000hdT |
| 15 až 150 l | 3 až 15 l/min | UIP6000hdT |
| Není k dispozici | 10 až 100 l / min | UIP16000hdT |
| Není k dispozici | větší | shluk UIP16000hdT |
Kontaktujte nás! / Zeptejte se nás!
Výkonný 1,5kW ultrazvukový homogenizátor UIP15000hdT s průtočnou buňkou pro inline emulgaci.
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.
Fakta, která stojí za to vědět
Co je vosk? Na co se vosky používají?
Vosky jsou definovány jako rozmanitá třída organických sloučenin, které jsou hydrofobní, kujné pevné látky při teplotách blízkých okolí . Vosky se skládají z různých složek včetně uhlovodíků (normální nebo rozvětvené alkany a alkeny), ketonů, diketonů, primárních a sekundárních alkoholů, aldehydů, esterů sterolů, alkanových kyselin, terpenů (skvalen) a monoesterů (voskové estery). Chemické složení vosků je složité a liší se, ale obecně vosky obsahují relativně vysoký podíl alkanů a uhlovodíky mají dlouhé nebo velmi dlouhé uhlíkové řetězce (od 12 do asi 38 atomů uhlíku). Jsou pevné v širokém rozsahu teplot (bod tání mezi 60 °C a 100 °C). Po roztavení se změní na kapalinu s nízkou viskozitou.
Vyznačují se nerozpustností ve vodě, ale rozpustností v organických, nepolárních rozpouštědlech. Vosky lze rozlišit na přírodní (rostlinné, živočišné), polosyntetické a syntetické vosky.
Pro komerční výrobu vosků je hlavním zdrojem ropa.
Dva nejdůležitější typy ropných vosků jsou parafín a mikrokrystalické vosky:
Parafínové vosky většinou se vyznačuje bílou voskovitou pevnou konzistencí bez zápachu a chuti, s typickou teplotou tání mezi 46 °C a 68 °C (115 °F a 154 °F) a hustotou cca. 900 kg/m3. Má makrokrystalickou strukturu a je nerozpustný ve vodě, ale rozpustný v etheru, benzenu a některých esterech. Parafínové vosky se získávají ze surové ropy a obsahují 20 až 40 atomů uhlíku.
Mikrokrystalický vosk, známý také jako vazelína, se používá pro různé aplikace díky svému zápachu, barvě, obsahu oleje, konzistenci a schopnosti vázat olej.
α-olefinové vosky jsou buď synteticky odvozeny od ethylenu Fischer-Tropschovou syntézou s katalyzátorem Ziegler-Natta, nebo oligomerizací ethylenu. Alfa-olefinové vosky se nejčastěji používají v přísadách do mazacích olejů, mazivech z PVC, svíčkách, chemikáliích pro ropné vrty a kosmetice.
Polyetylenový vosk (PE-WAX) je polyethylen s ultra nízkou molekulovou hmotností (ULMWPE) skládající se z ethylenových monomerních řetězců. Polypropylenový vosk (PP-WAX) je syntetická, krystalická nízkomolekulární pryskyřice.
Olyethylenové i polypropylenové vosky jsou homopolymery a používají se hlavně pro formulaci barviv pro plasty.
Kopolymerní vosky jako jsou deriváty ethylenvinylacetátu (EVA) a ethylenakrylové kyseliny (EAA), jsou široce rozšířeny ve formulacích nátěrů, např. kovových základních nátěrů.
Vosky a voskové přísady jsou široce používány k propůjčení produktu mazání/skluzu, reologie, odolnosti proti oděru, antiblokování/bariéry, leštění nebo matování, antioxidační odolnosti a/nebo vodoodpudivosti.
Vosky jsou široce používanou složkou v mnoha průmyslových odvětvích, například při výrobě chemikálií (např. jemných & speciální chemie), nátěry, nátěrové hmoty & inkousty, aditiva & modifikátory, lepidla, plasty & PVC, pneumatiky & pryže, stavební & budova, termostatická regulační zařízení, obaly, potraviny a kosmetika.
Přírodní vosky:
- Živočišné vosky: včelí vosk, lanolin, lůj, šelak, spermacet
- Rostlinné vosky: karnauba, kandeilla, sója, ricinový olej, rýžové otruby, bobule, jojoba atd.
Minerální vosky:
- Fosilní vosky: Ceresin, Montan, Ozocerit, Rašelinový vosk
- Ropné vosky: parafín, mikrokrystalické vosky, např. vazelína
Syntetizované vosky:
Syntetické vosky: ethylenové polymery, např. polyetylen & polyoleetherové estery; polyolefinové vosky; amidové vosky mastných kyselin; chlorované naftaleny; uhlovodíkového typu, např. Fischer-Tropsch.
Co je to vosková emulze?
Vosková emulze / vosková disperze je stabilní směs jednoho nebo několika vosků ve vodě. Vzhledem k tomu, že vosky a vodné kapaliny jsou za normálních okolností nemísitelné, jsou k vytvoření stabilní voskové emulze zapotřebí povrchově aktivní látky a sofistikovaný proces míchání, např. výkonový ultrazvuk. Správně řečeno, vosková emulze musí být nazývána voskovou disperzí, protože vosky jsou při pokojové teplotě pevné. Ale protože voskové emulze / disperze se připravují s roztavenými vosky, termíny “Emulgace” a “vosková emulze” se nejčastěji používají pro vodné voskové přípravky, zatímco termín “vosková disperze” Většinou popisuje formulaci vosku na bázi rozpouštědla.
Co je to emulze
Emulze je kapalina v kapalné disperzi dvou nebo více nemísitelných kapalin.
Emulze se může vyskytovat v různých typech: w/o, o/w, w/o/w, o/w/o
Typ emulze (w/o nebo o/w) lze zkoumat zkouškou ředění. Emulze může být zředěna pouze kontinuální / externí fází. Další metodou k identifikaci typu emulze je testování vodivosti. Iontové emulze o/w nevedou, zatímco emulze o/w vedou elektrický proud.
Pro použití CoCl2 test filtračního papíru, filtrační papír je impregnován CoCl2 a sušené (modrá barva). Barva CoCl2 Filtrační papír se změní na růžový, když se přidá emulze O/V.
Hielscher Ultrasonics vyrábí vysoce výkonné ultrazvukové homogenizátory od laboratoř k průmyslová velikost.