Διασπορές νανοσωματιδίων σε κηρό – Παρασκευάστε σταθερά σκευάσματα!

Η διασπορά νανοσωματιδίων σε μήτρες κηρού αποτελεί σημαντική, αλλά απαιτητική εφαρμογή στις επιστρώσεις, στα καλλυντικά, στα φαρμακευτικά προϊόντα και στα υλικά αλλαγής φάσης. Δεδομένου του εγγενούς ιξώδους των τηγμένων κηρών, της υδροφοβικότητάς τους και της τάσης των νανοσωματιδίων να συσσωματώνονται λόγω των υψηλών επιφανειακών ενεργειών τους, η παρασκευή διασπορών νανοσωματιδίων σε κηρό απαιτεί τεχνογνωσία. Οι συσκευές υπερήχων της Hielscher παρέχουν την ισχύ διασποράς, τη δυνατότητα ακριβούς ελέγχου και τη δυνατότητα κλιμάκωσης για την παραγωγή σταθερών διασπορών νανοσωματιδίων σε κηρό σε επιτραπέζια και βιομηχανική κλίμακα.

Προκλήσεις στη διασπορά νανοσωματιδίων σε κηρό

Τα νανοσωματίδια – είτε μεταλλικά είτε κεραμικά είτε με βάση τον άνθρακα – σχηματίζουν εύκολα συσσωματώματα λόγω ισχυρών αλληλεπιδράσεων van der Waals. Στον κηρό, αυτές οι αλληλεπιδράσεις εντείνονται από την απουσία πολικών διαλυτών ή σταθεροποιητών. Η μηχανική ανάδευση ή οι ομογενοποιητές ρότορα–στάτορα συχνά αποδεικνύονται ανεπαρκείς, ιδιαίτερα όταν η διάμετρος των νανοσωματιδίων είναι μικρότερη από 100 nm ή όταν απαιτούνται υψηλές περιεκτικότητες. Μια ομοιογενής διασπορά απαιτεί παροχή ενέργειας ικανή να διασπά τα συσσωματώματα στη νανοκλίμακα, διαβρέχοντας ταυτόχρονα την επιφάνεια των σωματιδίων με το μέσο κηρού.

Μηχανισμός νανοδιασποράς με υπερήχους

Η σημαντική αποτελεσματικότητα της διασποράς με υπερήχους οφείλεται στον μοναδικό μηχανισμό δράσης της ακουστικής σπηλαίωσης. Οι συσκευές υπερήχων τύπου καθετήρα δημιουργούν έντονες δυνάμεις σπηλαίωσης όταν υπερηχητικά κύματα υψηλής έντασης και χαμηλής συχνότητας διαδίδονται μέσα σε ένα υγρό, π.χ. τηγμένο κηρό. Η κατάρρευση των φυσαλίδων κατά τη σπηλαίωση δημιουργεί εντοπισμένες θερμές περιοχές με ακραίες βαθμίδες διάτμησης, κρουστικά κύματα και μικροπίδακες. Αυτές οι παροδικές δυνάμεις υπερνικούν την πρόσφυση μεταξύ των σωματιδίων και διασπούν αποτελεσματικά τα συσσωματώματα νανοσωματιδίων.
Επιπλέον, η κατεργασία με υπερήχους ενισχύει τη διαβροχή των επιφανειών των νανοσωματιδίων από το τήγμα κηρού. Η επαναλαμβανόμενη κατάρρευση των φυσαλίδων σπηλαίωσης μειώνει τη διεπιφανειακή τάση, επιτρέποντας στα μόρια του κηρού να διεισδύουν μεταξύ των σωματιδίων και να τα σταθεροποιούν στερεοχημικά.

Εφαρμογές νανοδιασπορών κηρού που παρασκευάζονται με υπερήχους

Η δυνατότητα ομοιογενούς διασποράς νανοσωματιδίων σε κηρό ανοίγει τον δρόμο για πολυάριθμες εφαρμογές:

• Επιστρώσεις και στιλβωτικά: Η προσθήκη νανοσωματιδίων διοξειδίου του πυριτίου ή αλουμίνας ενισχύει τη σκληρότητα, την αντοχή στις γρατσουνιές και τη στιλπνότητα.
• Καλλυντικά σκευάσματα: Τα νανοσωματίδια διοξειδίου του τιτανίου ή οξειδίου του ψευδαργύρου παρέχουν προστασία από την υπεριώδη ακτινοβολία, διατηρώντας παράλληλα τη διαφάνεια.
• Υλικά αλλαγής φάσης (PCMs): Το γραφένιο, οι νανοσωλήνες άνθρακα ή τα οξείδια μετάλλων αυξάνουν τη θερμική αγωγιμότητα, βελτιώνοντας την απόδοση αποθήκευσης θερμότητας στα ενεργειακά συστήματα.
• Χορήγηση φαρμάκων: Τα λιπόφιλα νανοσωματίδια που ενσωματώνονται σε κηρό λειτουργούν ως δεξαμενές βραδείας αποδέσμευσης σε σκευάσματα για τοπική ή από του στόματος χορήγηση.

Διασπορείς υπερήχων για σκευάσματα κηρού με νανοσωματίδια

Η διασπορά με υπερήχους με χρήση συσκευών υπερήχων τύπου καθετήρα υψηλών επιδόσεων της Hielscher αποτελεί μια στιβαρή και κλιμακώσιμη τεχνική για την παραγωγή σταθερών νανοδιασπορών κηρού.
Τα συστήματα υπερήχων τύπου καθετήρα της Hielscher χρησιμοποιούνται ευρέως για την επεξεργασία νανοσωματιδίων χάρη στην υψηλή ικανότητα επεξεργασίας, στον ακριβή έλεγχο παραμέτρων και στη δυνατότητα γραμμικής κλιμάκωσης. Είτε χρειάζεται να παρασκευάσετε διασπορές νανοσωματιδίων σε κηρό κατά παρτίδες είτε σε συνεχή παραγωγή εντός γραμμής, η Hielscher Ultrasonics προσφέρει την ιδανική διάταξη κατεργασίας με υπερήχους: οι εργαστηριακοί ομογενοποιητές υπερήχων αποτελούν το ιδανικό εργαλείο για την έρευνα και την ανάπτυξη προϊόντων, ενώ οι βιομηχανικές κυψελίδες ροής υπερήχων επιτρέπουν την παραγωγή σταθερών νανοδιασπορών κηρού που πληρούν τα υψηλότερα πρότυπα ποιότητας.
Κατασκευασμένες σύμφωνα με τα υψηλότερα πρότυπα ποιότητας, οι συσκευές υπερήχων της Hielscher συνδυάζουν στιβαρότητα, ευχρηστία και εύκολη ενσωμάτωση σε βιομηχανικές διεργασίες. Σχεδιασμένες για να αντέχουν σε απαιτητικά περιβάλλοντα, διαθέτουν τεχνολογία αιχμής, είναι πιστοποιημένες κατά ISO και συμμορφώνονται με τις απαιτήσεις CE, UL, CSA και RoHS.

Ο παρακάτω πίνακας παρέχει μια ένδειξη της κατά προσέγγιση δυναμικότητας επεξεργασίας των συσκευών υπερήχων μας:

Βιβλιογραφία / Αναφορές

• 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.