Nanopartikler i voksdispersioner – Lav stabile formuleringer!
Dispergering af nanopartikler i voksmatricer er en vigtig, men udfordrende anvendelse inden for belægninger, kosmetik, lægemidler og faseændringsmaterialer. I betragtning af den iboende viskositet af smeltet voks, deres hydrofobicitet og nanopartiklernes tendens til at agglomerere på grund af høje overfladeenergier, kræver forberedelsen af nanopartikel-voksdispersion knowhow. Hielschers sonikatorer giver spredningskraft, præcis kontrollerbarhed og skalerbarhed til produktion af stabile nanopartikel-voks-dispersioner i bænk- og industriproduktion.
Udfordringer ved spredning af nanopartikler i voks
nanopartikler – uanset om de er metalliske, keramiske eller kulstofbaserede – danner let aggregater på grund af stærke van der Waals-interaktioner. I voks forværres disse interaktioner af manglen på polære opløsningsmidler eller stabilisatorer. Mekanisk omrøring eller rotor-stator-homogenisatorer viser sig ofte at være utilstrækkelige, især når nanopartiklerne er under 100 nm i diameter, eller når der er behov for høje koncentrationer. En homogen dispersion kræver en energitilførsel, der er i stand til at bryde agglomerater fra hinanden på nanoskalaen, samtidig med at partikeloverfladen befugtes med voksmediet.
Hielscher sonde-type sonde-type sondeapparater producerer stabile paraffinvoks nanoemulsioner.
Mekanisme for ultralyds-nanodispersion
Den betydelige effektivitet af ultralydsspredning ligger i den unikke arbejdsmekanisme for akustisk kavitation. Sonikatorer af sonde-typen genererer intense kavitationskræfter, når højintensive, lavfrekvente ultralydsbølger forplanter sig gennem væske, f.eks. smeltet voks. Boblekollaps under kavitation producerer lokale hotspots med ekstreme forskydningsgradienter, chokbølger og mikrostråler. Disse forbigående kræfter overvinder vedhæftning mellem partikler og deagglomererer effektivt nanopartikelklynger.
Derudover forbedrer ultralydbehandling befugtning af nanopartikeloverflader af vokssmeltningen. Den gentagne kollaps af kavitationsbobler reducerer grænsefladespændingen, hvilket gør det muligt for voksmolekyler at trænge ind mellem partiklerne og stabilisere dem sterisk.
Anvendelser til ultralydsforberedte voks-nanodispersioner
Evnen til at sprede nanopartikler homogent i voks åbner for mange anvendelsesmuligheder:
- Belægninger og polermidler: Tilsætning af nanopartikler af silica eller aluminiumoxid øger hårdheden, ridsefastheden og glansen.
- Kosmetiske formuleringer: Nanopartikler af titandioxid eller zinkoxid giver UV-beskyttelse, samtidig med at gennemsigtigheden bevares.
- Faseændringsmaterialer (PCM): Grafen, kulstofnanorør eller metaloxider øger varmeledningsevnen og forbedrer varmelagringseffektiviteten i energisystemer.
- Levering af medicin: Lipofile nanopartikler indlejret i voks fungerer som reservoirer med langsom frigivelse i topiske eller orale formuleringer.
Ultralydsspredningsapparater til voks-nanopartikel-formuleringer
Ultralydsspredning ved hjælp af Hielscher højtydende sonde-type sonikatorer er en robust og skalerbar teknik til produktion af stabile voks nano-dispersioner.
Hielscher sonde-type ultralydssystemer anvendes i vid udstrækning til nanopartikelbehandling på grund af deres høje behandlingskapacitet, præcise parameterstyring og lineære skalerbarhed. Uanset om du har brug for at forberede voks nanopartikel dispersioner i batch eller i kontinuerlig inline produktion, Hielscher Ultrasonics tilbyder den ideelle sonikering setup: ultralyd lab homogenisatorer er det perfekte værktøj til forskning og produktudvikling, mens ultralyd industrielle flowceller giver mulighed for produktion af stabile voks nano-dispersioner opfylder højeste kvalitetsstandarder.
Hielschers ultralydsapparater er bygget efter de højeste kvalitetsstandarder og kombinerer robusthed, brugervenlighed og nem integration i industrielle processer. De er designet til at modstå krævende miljøer, har den nyeste teknologi, er ISO-certificerede og overholder CE-, UL-, CSA- og RoHS-kravene.
- høj effektivitet
- Avanceret teknologi
- pålidelighed & Robusthed
- justerbar, præcis processtyring
- batch & Inline
- til enhver volumen
- Intelligent software
- smarte funktioner (f.eks. programmerbare, dataprotokollering, fjernbetjening)
- Nem og sikker at betjene
- lav vedligeholdelse
- CIP (rengøring på stedet)
Nedenstående tabel giver dig en indikation af den omtrentlige behandlingskapacitet for vores ultralydapparater:
| Batch volumen | Flowhastighed | Anbefalede enheder |
|---|---|---|
| 0.5 til 1,5 ml | n.a. | VialTweeter |
| 1 til 500 ml | 10 til 200 ml/min | UP100H |
| 10 til 2000 ml | 20 til 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 til 20L | 0.2 til 4 l/min | UIP2000hdT |
| 10 til 100L | 2 til 10 l/min | UIP4000hdT |
| 15 til 150L | 3 til 15 l/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 til 100 l/min | UIP16000hdT |
| n.a. | Større | klynge af UIP16000hdT |
Ultralydsemulgeringssystem til industriel margarineproduktion
Litteratur / Referencer
- 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.
Ofte stillede spørgsmål
Hvad er voks?
Voks er en klasse af organiske, hydrofobe materialer, der hovedsageligt består af langkædede kulbrinter, estere, fedtsyrer og alkoholer. De er faste ved stuetemperatur, har relativt lave smeltepunkter og udviser blødgørende adfærd ved opvarmning.
Hvad er de forskellige typer af voks?
De forskellige typer voks omfatter naturlig voks som bivoks, carnauba og candelilla, mineralsk voks fra olie eller brunkul som paraffin, mikrokrystallinsk voks og montanvoks samt syntetisk voks som polyethylen, Fischer-Tropsch og amidvoks.
Hvad bruges voks til?
Voks bruges i vid udstrækning på tværs af brancher. De giver overfladebeskyttelse i belægninger og polermidler, fungerer som strukturerings- og bindemidler i kosmetik og lægemidler, tjener som slipmidler og beskyttende belægninger i fødevareindustrien og fungerer som smøremidler, klæbemidler og faseændringsmaterialer til energilagring i tekniske anvendelser.
Hvad er polariteten af forskellige voksarter?
Voksers polaritet varierer med deres kemiske sammensætning. Paraffin og polyethylenvoks er stort set upolære, bivoks og carnaubavoks udviser svag polaritet på grund af estere og frie fedtsyrer, og montan eller visse syntetiske vokser udviser moderat polaritet på grund af carboxyl- og amidfunktionaliteter.
Hielscher Ultrasonics fremstiller højtydende ultralydshomogenisatorer fra Lab til industriel størrelse.