Voskové emulze pomocí výkonového ultrazvuku
Pokud je vosk dispergován ve formě nanokapiček s velmi homogenní distribucí, získá se stabilní vosková emulze. Ultrazvukové homogenizátory vytvářejí vysoké smykové síly a jsou spolehlivými a robustními systémy pro výrobu stabilních voskových nanoemulzí. Vysokosmykové homogenizátory Hielscher Ultrasonics poskytují vynikající emulze pro různá průmyslová odvětví.
Ultrazvukové voskové emulze
Ultrazvukem generované vysoké smykové síly dodávají energii potřebnou k výrobě voskových emulzí nanometrické velikosti, např. stabilních nanoemulzí parafínového vosku.
Submikronové a nano emulze a disperze lze formulovat s použitím kombinace různých vosků, aby se získal vynikající produkt s velmi vysokou funkčností (např. mazání, odolnost vůči vodě, odolnost proti poškrábání atd.).
Vysoké smykové síly ultrazvukových homogenizátorů umožňují vyrábět stabilní voskové formulace připravené k použití s částicemi v rovnovážném stavu. Výsledkem ultrazvukové emulgace jsou částice nanometrické velikosti a rovnoměrná distribuce.
Průmyslový ultrazvukový průtokový systém pro výrobu voskových emulzí.
- velmi malé velikosti kapiček, menší než 100nm
- stabilní emulze
- prodloužená trvanlivost (mechanická stabilita)
- vyšší účinnost
- přesné řízení procesu
Ultrazvuková nanoemulze parafínového vosku
Jak připravit stabilní emulzi parafínového vosku
Vosková emulze nanometrické velikosti se formuluje z roztaveného parafínového vosku (jako olejové fáze), destilované vody a aniontového SDS jako povrchově aktivní látky. Pro vytvoření hrubé předsměsi se vosk, voda a povrchově aktivní látka homogenizují pomocí magnetického míchadla při 1000 rpm. Za tímto účelem se povrchově aktivní látka (koncentrace 10 mg/ml emulze) a voda smíchají v kádince a zahřejí na cca 65–70ºC. Poté se za magnetického míchání po kapkách přidává parafínový vosk tak, aby byl zachován objemový podíl olejové fáze 0,2.
Po úplném přidání parafínového vosku se hrubě předmíchaná emulze sonikuje ultrazvukovým stolním homogenizátorem UIP1000hdT (1000W, 20kHz) po dobu cca 15 min. Výsledkem procesu ultrazvukové emulgace je vosková nanoemulze s velmi vysokou stabilitou.
Přečtěte si více o emulzi parafínového vosku pomocí sonikace!
Ultrazvukové nanoemulze připravené pomocí Hielscher UP400St
Povrchově aktivní látky
Voskové emulze lze stabilizovat buď sterickým mechanismem (pomocí neiontových emulgátorů), nebo elektrostatickým mechanismem (pomocí iontových emulgátorů, nejčastěji aniontových). Kombinace aniontových a neiontových emulgátorů poskytuje emulzi optimální stabilitu, protože voskové částice jsou chráněny oběma stabilizačními mechanismy. Označuje se to jako elektrosterický stabilizační mechanismus.
K emulgaci vosků lze použít různé emulgátory nebo povrchově aktivní látky, které mohou být aniontové, kationtové nebo neiontové. Nejčastěji používanými povrchově aktivními látkami jsou ethoxyláty mastných alkoholů jako neiontové povrchově aktivní látky, protože nabízejí mimořádnou stabilitu vůči tvrdé vodě, pH šokům a elektrolytům. Pro jiné specifické materiálové vlastnosti se používají různé další, např. aniontové povrchově aktivní látky pro lepší hydrofobicitu nebo kationtové povrchově aktivní látky pro lepší adhezi.
Poznámka: Čím menší jsou kapky, tím více povrchově aktivní látky je zapotřebí k pokrytí povrchu kapek, protože poměr V/S u koulí je následující: S/V = 3/R. Při jakémkoli zvětšení délky nebo poloměru, x*l nebo x*r, se plocha povrchu zvětší x na druhou (x2) a objem se zvětší x na třetí (x3).
Formulace s voskovými emulzemi a disperzemi
Ultrazvukové homogenizátory se nepoužívají pouze k vytváření voskových emulzí / disperzí – používají se také ke zpracování voskových emulzí v dalších krocích, aby se emulze začlenila jako aditivum do finálního produktu (např. nátěrové hmoty, laky, barvy, kosmetika atd.).
Ultrazvukové homogenizátory pro náročný provoz určené pro stabilní voskové emulze
Hielscher Ultrasonics je celosvětově uznávaným dodavatelem vysoce výkonných ultrazvukových homogenizátorů. Naše ultrazvukové přístroje najdete po celém světě jako spolehlivé a robustní „tahouny“ v chemickém, farmaceutickém, kosmetickém a potravinářském průmyslu. Průmyslové ultrazvukové přístroje Hielscher jsou schopny nepřetržitě dodávat velmi vysoké amplitudy až 200µm (a na vyžádání i vyšší), aby vytvářely intenzivní kavitaci a vysoký smyk. Výsledkem jsou ultrajemné nanoemulze a disperze s velmi úzkou distribucí částic. Naše vysoce výkonné ultrazvukové systémy vám pomohou dosáhnout vynikající kvality vašich voskových formulací.
Robustnost sonikátorů Hielscher umožňuje provoz 24/7 při vysokém zatížení a v náročných prostředích.
Sonikátor sondového typu UP400St pro přípravu stabilních voskových emulzí.
| Objem dávky | Průtok | Doporučená zařízení |
|---|---|---|
| 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 UIP16000hdT |
Kontaktujte nás! / Zeptejte se nás!
Výkonný 1,5kW ultrazvukový homogenizátor UIP15000hdT s průtokovou celou 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 znát
Co je vosk? K čemu se vosky používají?
Vosky jsou definovány jako rozmanitá třída organických sloučenin, které jsou při teplotách blízkých okolní teplotě hydrofobními, tvárnými pevnými látkami. Vosky se skládají z různých složek včetně uhlovodíků (normálních nebo rozvětvených alkanů a alkenů), ketonů, diketonů, primárních a sekundárních alkoholů, aldehydů, sterolových esterů, alkanových kyselin, terpenů (skvalenu) a monoesterů (voskových esterů). Chemické složení vosků je složité a různorodé, obecně však vosky obsahují relativně vysoký podíl alkanů a uhlovodíky mají dlouhé nebo velmi dlouhé uhlíkové řetězce (od 12 až do přibližně 38 atomů uhlíku). Jsou pevné v širokém rozmezí teplot (bod tání mezi 60°C a 100°C). Po roztavení se mění v kapalinu s nízkou viskozitou.
Vyznačují se nerozpustností ve vodě, ale rozpustností v organických nepolárních rozpouštědlech. Vosky lze rozlišit na přírodní (rostlinného a živočišného původu), polosyntetické a syntetické vosky.
Hlavním zdrojem pro komerční výrobu vosků je ropa.
Dvěma nejdůležitějšími typy ropných vosků jsou parafínové a mikrokrystalické vosky:
Parafínové vosky mají většinou bílou, voskovitou pevnou konzistenci bez zápachu a chuti, s typickým bodem tání mezi 46°C a 68°C (115°F a 154°F) a hustotou cca 900 kg/m3. Mají makrokrystalickou strukturu a jsou nerozpustné ve vodě, ale rozpustné v etheru, benzenu a některých esterech. Parafínové vosky se získávají z ropy a obsahují 20 až 40 atomů uhlíku.
Mikrokrystalický vosk, známý také jako petrolatum, se díky svému zápachu, barvě, obsahu oleje, konzistenci a schopnosti vázat olej používá v mnoha aplikacích.
α-olefinové vosky se získávají buď synteticky z ethylenu Fischer-Tropschovou syntézou se Ziegler-Nattovým katalyzátorem, nebo oligomerací ethylenu. Alfa-olefinové vosky se nejčastěji používají v přísadách do mazacích olejů, mazivech pro PVC, svíčkách, chemikáliích pro vrtání ropných vrtů a kosmetice.
Polyethylenový vosk (PE-WAX) je polyethylen s ultranízkou molekulovou hmotností (ULMWPE) tvořený řetězci ethylenového monomeru. Polypropylenový vosk (PP-WAX) je syntetická krystalická nízkomolekulární pryskyřice.
Polyethylenové i polypropylenové vosky jsou homopolymery a používají se především k formulaci barviv pro plasty.
Kopolymerní vosky, jako jsou deriváty ethylen-vinylacetátu (EVA) a ethylen-akrylové kyseliny (EAA), jsou široce rozšířené ve formulacích nátěrových hmot, např. metalických základních laků.
Vosky a voskové přísady se široce používají k tomu, aby produktu dodaly mazací/kluzné vlastnosti, reologické vlastnosti, odolnost proti otěru, antiblokační/bariérové vlastnosti, lesk nebo matnost, odolnost proti oxidaci a/nebo vodoodpudivost.
Vosky jsou široce používanou složkou v mnoha průmyslových odvětvích, například při výrobě chemikálií (např. jemná a speciální chemie), nátěrových hmot, barev a inkoustů, přísad a modifikátorů, lepidel, plastů a PVC, pneumatik a pryže, ve stavebnictví, u termostatických regulačních zařízení, obalů, potravin a kosmetiky.
Přírodní vosky:
- Živočišné vosky: včelí vosk, lanolin, lůj, šelak, vorvaňovina
- Rostlinné vosky: karnaubský, kandelilový, sójový, ricinový, z rýžových otrub, voskovníkový, jojobový atd.
Minerální vosky:
- Fosilní vosky: ceresin, montánní vosk, ozokerit, rašelinový vosk
- Ropné vosky: parafín, mikrokrystalické vosky, např. petrolatum
Syntetizované vosky:
Syntetické vosky: ethylenové polymery, např. polyethylen a polyolether-estery; polyolefinové vosky; vosky na bázi amidů mastných kyselin; chlorované naftaleny; uhlovodíkového typu, např. Fischer-Tropsch.
Co je vosková emulze?
Vosková emulze / vosková disperze je stabilní směs jednoho nebo několika vosků ve vodě. Protože vosky a vodné kapaliny jsou běžně nemísitelné, jsou k vytvoření stabilní voskové emulze zapotřebí povrchově aktivní látky a sofistikovaný proces míchání, např. výkonový ultrazvuk. Přesně řečeno musí být vosková emulze označována jako vosková disperze, protože vosky jsou při pokojové teplotě pevné. Jelikož se však voskové emulze / disperze připravují s roztavenými vosky, pro vodné voskové formulace se nejčastěji používají termíny „emulgace“ a „vosková emulze“, zatímco termín „vosková disperze“ většinou označuje voskovou formulaci na bázi rozpouštědel.
Co je emulze
Emulze je disperze kapaliny v kapalině tvořená dvěma nebo více nemísitelnými kapalinami.
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 zjistit zřeďovací zkouškou. Emulzi lze ředit pouze spojitou / vnější fází. Další metodou identifikace typu emulze je zkouška vodivosti. Iontové o/w emulze nevedou, zatímco o/w emulze vedou elektrický proud.
Pro test s filtračním papírem s CoCl2 se filtrační papír napustí CoCl2 a vysuší (modrá barva). Barva filtračního papíru s CoCl2 se po přidání o/w emulze změní na růžovou.
Hielscher Ultrasonics vyrábí vysoce výkonné ultrazvukové homogenizátory od laboratorní po průmyslovou velikost.