Διασπορές νανοσωματιδίων σε κερί – Φτιάξτε σταθερά σκευάσματα!
Η διασπορά νανοσωματιδίων σε κηρώδεις μήτρες είναι μια σημαντική, αλλά δύσκολη εφαρμογή σε επιστρώσεις, καλλυντικά, φαρμακευτικά προϊόντα και υλικά αλλαγής φάσης. Δεδομένου του εγγενούς ιξώδους των λιωμένων κεριών, της υδροφοβικότητάς τους και της τάσης των νανοσωματιδίων να συσσωματώνονται λόγω των υψηλών επιφανειακών ενεργειών, η παρασκευή διασποράς νανοσωματιδίων-κεριού απαιτεί τεχνογνωσία. Οι ηχογεννήτριες της Hielscher παρέχουν την ισχύ διασποράς, την ακριβή δυνατότητα ελέγχου και την επεκτασιμότητα για την παραγωγή σταθερών διασπορών νανοσωματιδίων-κεριού σε επιτραπέζια και βιομηχανική παραγωγή.
Προκλήσεις στη διασπορά νανοσωματιδίων σε κερί
νανοσωματίδια – είτε είναι μεταλλικά, είτε κεραμικά, είτε με βάση τον άνθρακα – σχηματίζουν εύκολα συσσωματώματα λόγω των ισχυρών αλληλεπιδράσεων van der Waals. Στο κερί, οι αλληλεπιδράσεις αυτές επιδεινώνονται από την έλλειψη πολικών διαλυτών ή σταθεροποιητών. Η μηχανική ανάδευση ή οι ομογενοποιητές ρότορα-στάτη αποδεικνύονται συχνά ανεπαρκείς, ιδίως όταν τα νανοσωματίδια έχουν διάμετρο κάτω από 100 nm ή όταν απαιτούνται υψηλές φορτίσεις. Μια ομοιογενής διασπορά απαιτεί μια ενεργειακή εισροή ικανή να διασπάσει τα συσσωματώματα στη νανοκλίμακα, ενώ ταυτόχρονα να διαβρέχει την επιφάνεια των σωματιδίων με το μέσο κεριού.
Hielscher ανιχνευτής-τύπου υπερήχων παράγουν σταθερά νανογαλακτώματα κεριού παραφίνης.
Μηχανισμός της νανο-διασποράς υπερήχων
Η σημαντική αποτελεσματικότητα της διασποράς με υπερήχους έγκειται στον μοναδικό μηχανισμό λειτουργίας της ακουστικής σπηλαίωσης. Οι ηχοβολείς τύπου καθετήρα δημιουργούν έντονες δυνάμεις σπηλαίωσης όταν τα υπερηχητικά κύματα υψηλής έντασης και χαμηλής συχνότητας διαδίδονται μέσα σε υγρό, π.χ. λιωμένο κερί. Η κατάρρευση των φυσαλίδων κατά τη διάρκεια της σπηλαίωσης παράγει τοπικά θερμά σημεία με ακραίες διατμητικές κλίσεις, κρουστικά κύματα και μικροπίδακες. Αυτές οι παροδικές δυνάμεις ξεπερνούν την πρόσφυση μεταξύ των σωματιδίων και αποσυγκολλούν αποτελεσματικά τις συστάδες νανοσωματιδίων.
Επιπλέον, ο υπερηχητικός έλεγχος ενισχύει τη διαβροχή των επιφανειών των νανοσωματιδίων από το τήγμα κεριού. Η επανειλημμένη κατάρρευση των φυσαλίδων σπηλαίωσης μειώνει τη διεπιφανειακή τάση, επιτρέποντας στα μόρια κεριού να διεισδύσουν μεταξύ των σωματιδίων και να τα σταθεροποιήσουν στερικά.
Εφαρμογές για νανοδιασπορές κεριού παρασκευασμένες με υπερήχους
Η ικανότητα ομοιογενούς διασποράς νανοσωματιδίων σε κερί ανοίγει δρόμους για πολλαπλές εφαρμογές:
- Επιχρίσματα και γυαλιστικά: Η προσθήκη νανοσωματιδίων διοξειδίου του πυριτίου ή αλουμίνας ενισχύει τη σκληρότητα, την αντοχή στις γρατζουνιές και τη γυαλάδα.
- Καλλυντικά σκευάσματα: Τα νανοσωματίδια διοξειδίου του τιτανίου ή οξειδίου του ψευδαργύρου προσδίδουν προστασία από την υπεριώδη ακτινοβολία, διατηρώντας παράλληλα τη διαφάνεια.
- Υλικά αλλαγής φάσης (PCM): Το γραφένιο, οι νανοσωλήνες άνθρακα ή τα οξείδια μετάλλων αυξάνουν τη θερμική αγωγιμότητα, βελτιώνοντας την απόδοση της αποθήκευσης θερμότητας στα ενεργειακά συστήματα.
- Χορήγηση φαρμάκων: Λιπόφιλα νανοσωματίδια ενσωματωμένα σε κερί λειτουργούν ως δεξαμενές αργής απελευθέρωσης σε τοπικά ή από του στόματος σκευάσματα.
Διασκορπιστές υπερήχων για σκευάσματα κεριού-νανοσωματιδίων
Η διασπορά με υπερήχους χρησιμοποιώντας ηχοβολείς τύπου καθετήρα υψηλής απόδοσης της Hielscher είναι μια ισχυρή και επεκτάσιμη τεχνική για την παραγωγή σταθερών νανοδιασκορπισμών κεριού.
Τα συστήματα υπερήχων τύπου καθετήρα Hielscher χρησιμοποιούνται ευρέως για την επεξεργασία νανοσωματιδίων λόγω της υψηλής ικανότητας επεξεργασίας, του ακριβούς ελέγχου των παραμέτρων και της γραμμικής επεκτασιμότητας. Είτε πρέπει να παρασκευάσετε διασπορές νανοσωματιδίων κεριού σε παρτίδες είτε σε συνεχή παραγωγή σε γραμμή, η Hielscher Ultrasonics προσφέρει την ιδανική εγκατάσταση ηχομόνωσης: οι εργαστηριακοί ομογενοποιητές υπερήχων είναι το τέλειο εργαλείο για την έρευνα και την ανάπτυξη προϊόντων, ενώ οι βιομηχανικές κυψέλες ροής υπερήχων επιτρέπουν την παραγωγή σταθερών νανοδιασπορών κεριού που πληρούν τα υψηλότερα πρότυπα ποιότητας.
Κατασκευασμένοι σύμφωνα με τα υψηλότερα πρότυπα ποιότητας, οι υπερηχογεννήτριες της Hielscher συνδυάζουν στιβαρότητα, φιλικότητα προς το χρήστη και εύκολη ενσωμάτωση στις βιομηχανικές διεργασίες. Σχεδιασμένοι για να αντέχουν σε απαιτητικά περιβάλλοντα, διαθέτουν τεχνολογία αιχμής, είναι πιστοποιημένοι κατά ISO και συμμορφώνονται με τις απαιτήσεις CE, UL, CSA και RoHS.
- υψηλή απόδοση
- Τεχνολογία αιχμής
- αξιοπιστία & Ευρωστία
- Ρυθμιζόμενος, ακριβής έλεγχος της διαδικασίας
- δέσμη & Ενσωματωμένη
- για κάθε τόμο
- έξυπνο λογισμικό
- έξυπνα χαρακτηριστικά (π.χ. προγραμματιζόμενα, πρωτόκολλο δεδομένων, τηλεχειρισμός)
- εύκολο και ασφαλές στη λειτουργία
- χαμηλή συντήρηση
- CIP (επιτόπιος καθαρισμός)
Ο παρακάτω πίνακας σας δίνει μια ένδειξη της κατά προσέγγιση ικανότητας επεξεργασίας των υπερήχων μας:
| Όγκος παρτίδας | Ροή | Προτεινόμενες συσκευές |
|---|---|---|
| 0.5 έως 1.5mL | μ.δ. | VialTweeter |
| 1 έως 500mL | 10 έως 200mL/min | UP100Η |
| 10 έως 2000mL | 20 έως 400mL / λεπτό | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 έως 20L | 0.2 έως 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 έως 100L | 2 έως 10L / λεπτό | UIP4000hdT |
| 15 έως 150L | 3 έως 15L / λεπτό | UIP6000hdT |
| μ.δ. | 10 έως 100L / λεπτό | UIP16000hdT |
| μ.δ. | μεγαλύτερου | σύμπλεγμα UIP16000hdT |
Υπερήχων γαλακτωματοποίηση σύστημα για τη βιομηχανική παραγωγή μαργαρίνης
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.
Συχνές Ερωτήσεις
Τι είναι το κερί;
Το κερί είναι μια κατηγορία οργανικών, υδρόφοβων υλικών που αποτελούνται κυρίως από υδρογονάνθρακες μακράς αλυσίδας, εστέρες, λιπαρά οξέα και αλκοόλες. Είναι στερεά σε θερμοκρασία δωματίου, έχουν σχετικά χαμηλά σημεία τήξης και παρουσιάζουν μαλακτική συμπεριφορά κατά τη θέρμανση.
Ποιοι είναι οι διαφορετικοί τύποι κεριών;
Οι διάφοροι τύποι κεριών περιλαμβάνουν φυσικά κεριά, όπως κερί μέλισσας, καρναούμπα και καντελίλα, ορυκτά κεριά που προέρχονται από πετρέλαιο ή λιγνίτη, όπως παραφίνη, μικροκρυσταλλικό κερί και κερί μοντάν, και συνθετικά κεριά, όπως κεριά πολυαιθυλενίου, Fischer-Tropsch και αμιδικά κεριά.
Για ποιο λόγο χρησιμοποιούνται τα κεριά;
Τα κεριά χρησιμοποιούνται ευρέως σε όλες τις βιομηχανίες. Παρέχουν επιφανειακή προστασία στα επιχρίσματα και τα γυαλιστικά, δρουν ως δομητικοί και συνδετικοί παράγοντες στα καλλυντικά και τα φαρμακευτικά προϊόντα, χρησιμεύουν ως απελευθερωτικοί παράγοντες και προστατευτικές επιστρώσεις στη βιομηχανία τροφίμων και λειτουργούν ως λιπαντικά, συγκολλητικά και υλικά αλλαγής φάσης για την αποθήκευση ενέργειας σε τεχνικές εφαρμογές.
Ποια είναι η πολικότητα των διαφόρων κεριών;
Η πολικότητα των κεριών ποικίλλει ανάλογα με τη χημική τους σύνθεση. Τα κεριά παραφίνης και πολυαιθυλενίου είναι σε μεγάλο βαθμό μη πολικά, το κερί μέλισσας και το κερί καρναούμπα παρουσιάζουν ασθενή πολικότητα λόγω των εστέρων και των ελεύθερων λιπαρών οξέων και το μοντάν ή ορισμένα συνθετικά κεριά παρουσιάζουν μέτρια πολικότητα λόγω των καρβοξυλικών και αμιδικών λειτουργιών.
Hielscher Υπέρηχοι κατασκευάζει υψηλής απόδοσης υπερήχων ομογενοποιητές από εργαστήριο προς βιομηχανικό μέγεθος.