Voksemulsioner med Power Ultrasonics
Når voks dispergeres som nanodråber med en meget homogen fordeling, opnås en stabil voksemulsion. Ultralydshomogenisatorer genererer høje forskydningskræfter og er pålidelige og robuste systemer til fremstilling af stabile voksnano-emulsioner. Hielscher Ultrasonics homogenisatorer med høj forskydning leverer overlegne emulsioner til forskellige industrier.
Ultralyd voks emulsioner
Ultralydsgenererede høje forskydningskræfter leverer den nødvendige energi til at producere voksemulsioner i nanostørrelse, f.eks. stabile paraffinvoksnanoemulsioner.
Submikron- og nanoemulsioner og dispersioner kan formuleres ved hjælp af en kombination af forskellige voks for at opnå et overlegent produkt med meget høje funktionaliteter (f.eks. smøremiddel, vandbestandighed, ridsefasthed osv.).
De høje forskydningskræfter af ultralydshomogenisatorer gør det muligt at producere stabile brugsklare voksformuleringer med partikler i ligevægt. Ultralydsemulgeringen resulterer i partikler i nanostørrelse og en ensartet fordeling.
Industrielt ultralydsgennemstrømningssystem til produktion af voksemulsioner.
- Meget små dråbestørrelser med mindre end 100nm
- stabile emulsioner
- forlænget holdbarhed (mekanisk stabilitet)
- højere effektivitet
- Præcis processtyring
Ultralyd paraffinvoks nanoemulsion
Sådan tilberedes en stabil paraffinvoksemulsion
Voksemulsionen i nanostørrelse er formuleret af smeltet paraffinvoks (som oliefase), destilleret vand og anionisk SDS som overfladeaktivt middel. For at danne en grov forblanding homogeniseres voks, vand og overfladeaktivt stof ved hjælp af en magnetisk omrører ved 1000 omdr./min. Derfor blandes det overfladeaktive stof (koncentration 10 mg/ml emulsion) og vand i et bægerglas og varmelegeme til ca. 65-70ºC. Derefter tilsættes paraffinvoksen dråbevis ved at holde en 0,2 oliefasevolumenfraktion under magnetisk omrøring.
Efter fuldstændig tilsætning af paraffinvoksen er den groft forblandede emulsion sonikeret med en ultralyd bench-top homogenisator UIP1000hdT (1000W, 20kHz) i ca. 15 min. Ultralydsemulgeringsprocessen resulterer i en nanovoksemulsion med en meget høj stabilitet.
Læs mere om paraffinvoksemulsion ved hjælp af sonikering!
Ultralyd nano-emulsioner fremstillet med Hielscher UP400St
overfladeaktive stoffer
Voksemulsioner kan stabiliseres ved enten en sterisk mekanisme (ved hjælp af ikke-ioniske emulgatorer) eller ved en elektrostatisk mekanisme (ved hjælp af ioniske emulgatorer, oftest anionika). Kombinationen af anioniske og ikke-ioniske emulgatorer giver emulsionen den optimale stabilitet, fordi vokspartikler er beskyttet gennem begge stabiliseringsmekanismer. Dette kaldes den elektrosteriske stabiliseringsmekanisme.
Til emulgering af voks kan forskellige emulgatorer eller overfladeaktive stoffer, som kan være anioniske, kationiske eller ikke-ioniske, anvendes. De mest almindeligt anvendte overfladeaktive stoffer er fedtalkoholethoxylater som ikke-ioniske overfladeaktive stoffer, da de giver en ekstraordinær stabilitet mod hårdt vand, pH-stød og elektrolytter. Til andre specifikke materialeegenskaber anvendes forskellige andre, f.eks. anioniske overfladeaktive stoffer for bedre hydrofobicitet eller kationiske overfladeaktive stoffer for bedre vedhæftning.
Bemærk: Jo mindre dråberne er, jo mere overfladeaktivt stof kræves der for at dække dråbeoverfladen, da V/S-forholdet mellem kugler er følgende: S/V = 3/R. For enhver forøgelse, x*l eller x*r i længde eller radius, er forøgelsen af overfladearealet x kvadratisk (x2), og forøgelsen af volumen x er i tern (x3).
Formulering med voksemulsioner og dispersioner
Ultralydshomogenisatorer bruges ikke kun til at danne voksemulsioner / dispersioner – De bruges til at behandle voksemulsionerne i yderligere trin for at inkorporere emulsionen som et tilsætningsstof i det endelige produkt (f.eks. belægninger, lakker, maling, kosmetik osv.).
Kraftige ultralydshomogenisatorer til stabile voksemulsioner
Hielscher Ultrasonics er verdenskendt leverandør af ultralydshomogenisatorer med høj effekt. Vores ultralydsapparater kan findes over hele verden som pålidelige og robuste “arbejdsheste” i den kemiske industri, farmaceutiske industri, kosmetik og fødevareindustri. Hielscher ultralydapparater i industriel kvalitet er i stand til at levere kontinuerligt meget høje amplituder på op til 200 μm (og højere efter behov) for at generere intens kavitation og høj forskydning. Som følge heraf produceres ultrafine nanoemulsioner og dispersioner med meget smalle partikelfordelinger. Vores ultralydssystemer med høj effekt hjælper dig med at opnå overlegen kvalitet af dine voksformuleringer.
Hielscher sonikeres robusthed giver mulighed for 24/7 drift ved tunge opgaver og i krævende miljøer.
Sonde-type soniker UP400St til fremstilling af stabile voksemulsioner.
| Batch volumen | Flowhastighed | Anbefalede enheder |
|---|---|---|
| 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 |
Kontakt os! / Spørg os!
Kraftig 1,5 kW ultralydshomogenisator UIP15000hdT med flowcelle til inline emulgering.
Litteratur / Referencer
- 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, der er værd at vide
Hvad er voks? Hvad bruges voks til?
Voks er defineret som en forskelligartet klasse af organiske forbindelser, der er hydrofobe, formbare faste stoffer ved nær omgivelsestemperaturer. Voks er sammensat af forskellige komponenter, herunder kulbrinter (normale eller forgrenede alkaner og alkener), ketoner, diketoner, primære og sekundære alkoholer, aldehyder, sterolestere, alkansyrer, terpener (squalen) og monoestere (voksestere). Den kemiske sammensætning af voks er kompleks og varierende, men generelt indeholder voks en relativt høj andel af alkaner, og kulbrinter har lange eller meget lange kulstofkæder (fra 12 op til ca. 38 kulstofatomer). De er faste i et stort temperaturområde (fusionspunkt mellem 60 °C og 100 °C). Når de smeltes, bliver de til en væske med lav viskositet.
De er kendetegnet ved deres uopløselighed i vand, men opløselighed i organiske, upolære opløsningsmidler. Voks kan skelnes i naturlig (plante-, animalsk), semisyntetisk og syntetisk voks.
Til kommerciel produktion af voks er råolie den vigtigste kilde.
De to vigtigste typer petroleumsvoks er paraffin og mikrokrystallinsk voks:
Paraffinvoks har for det meste en hvid, lugtfri, smagløs, voksagtig fast konsistens med et typisk smeltepunkt mellem 46 ° C og 68 ° C (115 ° F og 154 ° F) og en densitet på ca. 900 kg/m3. Det har en makrokrystallinsk struktur og er uopløseligt i vand, men opløseligt i ether, benzen og visse estere. Paraffinvoks er afledt af råolie og indeholder mellem 20 og 40 kulstofatomer.
Mikrokrystallinsk voks, også kendt som petrolatum, bruges til mange anvendelser på grund af dets lugt, farve, olieindhold, konsistens og oliebindende egenskaber.
α-olefinvoks er enten syntetisk afledt af ethylen via Fischer-Tropsch-syntese med en Ziegler-Natta-katalysator eller via oligomerisering af ethylen. Alfa-olefinvoks bruges oftest i smøreolieadditiver, PVC-smøremidler, stearinlys, olieboringskemikalier og kosmetik.
Polyethylen voks (PE-WAX) er en polyethylen med ultralav molekylvægt (ULMWPE) bestående af ethylenmonomerkæder. polypropylen voks (PP-WAX) er en syntetisk, krystallinsk lavmolekylær harpiks.
Både olyethylen- og polypropylenvoks er homopolymerer og anvendes hovedsageligt til formulering af farvestoffer til plast.
Copolymer voks såsom derivater af ethylenvinylacetat (EVA) og ethylenacrylsyre (EAA) er vidt udbredt i formuleringerne af belægninger, f.eks. metalliske baselakker.
Voks og voksadditiver bruges i vid udstrækning til at give et produkt smøring/slip, reologi, slidstyrke, anti-blokering/barriere, polering eller måtte, antioxidationsbestandighed og/eller vandafvisende egenskaber.
Voks er en meget udbredt komponent i mange industrier, f.eks. i produktionen af kemikalier (f.eks. fint & specialkemi), overfladebehandlinger, maling & blæk, tilsætningsstoffer & modifikatorer, klæbemidler, plast & PVC, dæk & gummi til konstruktion & bygninger, termostatiske kontrolenheder, emballager, fødevarer og kosmetik.
Naturlig voks:
- Animalsk voks: bivoks, lanolin, talg, shellak, spermaceti
- Vegetabilske voks: carnauba, candelilla, soja, ricinus, risklid, laurbær, jojoba osv.
Mineralsk voks:
- Fossil voks: Ceresin, Montan, Ozocerit, Tørvevoks
- Petroleumsvoks: paraffin, mikrokrystallinsk voks, f.eks. petrolatum
Syntetiserede voks:
Syntetisk voks: ethylenpolymerer, f.eks. polyethylen & polyolether-estere; polyolefinvoks; fedtsyreamidvoks; klorerede naphthalener; kulbrintetype, f.eks. Fischer-Tropsch.
Hvad er en voksemulsion?
En voksemulsion / voksdispersion er en stabil blanding af en eller flere voks i vand. Da voks og vandige væsker normalt er ublandbare, kræves overfladeaktive stoffer og en sofistikeret blandingsproces, f.eks. power ultrasound, for at danne en stabil voksemulsion. Korrekt skal en voksemulsion kaldes en voksdispersion, da voks er fast ved stuetemperatur. Men da voksemulsioner / dispersioner fremstilles med smeltet voks, er udtrykkene “emulgering” og “voks emulsion” anvendes oftest til formuleringer af vandig voks, mens udtrykket “voks dispersion” beskriver for det meste en opløsningsmiddelbaseret voksformulering.
Hvad er en emulsion
En emulsion er en væske i væskedispersion af to eller flere ikke-blandbare væsker.
En emulsion kan forekomme i forskellige typer: w/o, o/w, w/o/w, o/w/o
Emulsionstypen (u/o eller o/w) kan undersøges ved en fortyndingstest. Emulsionen kan kun fortyndes med den kontinuerlige / eksterne fase. En anden metode til at identificere emulsionstypen er ved ledningsevnetest. Ioniske o/w-emulsioner leder ikke, mens o/w-emulsioner leder elektrisk strøm.
Til brug af CoCl2 filterpapirtest, et filterpapir er imprægneret med CoCl2 og tørret (blå farve). Farven på CoCl2 Filterpapir bliver lyserødt, når der tilsættes en O/W-emulsion.
Hielscher Ultrasonics fremstiller højtydende ultralydshomogenisatorer fra Lab til industriel størrelse.