Dispersiones de nanopartículas en cera – Formulaciones estables
La dispersión de nanopartículas en matrices de cera es una aplicación importante, aunque difícil, en recubrimientos, cosméticos, productos farmacéuticos y materiales de cambio de fase. Dada la viscosidad intrínseca de las ceras fundidas, su hidrofobicidad y la tendencia de las nanopartículas a aglomerarse debido a sus elevadas energías superficiales, la preparación de la dispersión nanopartícula-cera requiere conocimientos técnicos. Los sonicadores de Hielscher proporcionan la potencia de dispersión, la capacidad de control preciso y la escalabilidad necesarias para la producción de dispersiones estables de nanopartículas y cera en producción industrial y de sobremesa.
Retos de la dispersión de nanopartículas en cera
nanopartículas – metálicos, cerámicos o de carbono – forman fácilmente agregados debido a las fuertes interacciones de Van der Waals. En la cera, estas interacciones se ven exacerbadas por la falta de disolventes polares o estabilizadores. La agitación mecánica o los homogeneizadores rotor-estator suelen resultar insuficientes, sobre todo cuando las nanopartículas tienen un diámetro inferior a 100 nm o cuando se requieren cargas elevadas. Una dispersión homogénea exige un aporte de energía capaz de romper los aglomerados a nanoescala y, al mismo tiempo, humedecer la superficie de las partículas con el medio de cera.
Los sonicadores tipo sonda de Hielscher producen nanoemulsiones estables de cera de parafina.
Mecanismo de nano-dispersión ultrasónica
La gran eficacia de la dispersión ultrasónica reside en el mecanismo de funcionamiento único de la cavitación acústica. Los sonicadores de sonda generan intensas fuerzas de cavitación cuando las ondas ultrasónicas de alta intensidad y baja frecuencia se propagan a través de un líquido, por ejemplo, cera fundida. El colapso de las burbujas durante la cavitación produce puntos calientes localizados con gradientes de cizallamiento extremos, ondas de choque y microchorros. Estas fuerzas transitorias superan la adhesión entre partículas y desaglomeran eficazmente los grupos de nanopartículas.
Además, la ultrasonicación mejora la humectación de las superficies de las nanopartículas por la cera fundida. El colapso repetido de las burbujas de cavitación reduce la tensión interfacial, lo que permite a las moléculas de cera penetrar entre las partículas y estabilizarlas estéricamente.
Aplicaciones de las nanodispersiones de cera preparadas por ultrasonidos
La capacidad de dispersar homogéneamente nanopartículas en cera abre las puertas a múltiples aplicaciones:
- Recubrimientos y pulimentos: La adición de nanopartículas de sílice o alúmina mejora la dureza, la resistencia al rayado y el brillo.
- Formulaciones cosméticas: Las nanopartículas de dióxido de titanio u óxido de zinc confieren protección UV, manteniendo la transparencia.
- Materiales de cambio de fase (PCM): El grafeno, los nanotubos de carbono o los óxidos metálicos aumentan la conductividad térmica, mejorando la eficiencia del almacenamiento de calor en los sistemas energéticos.
- Administración de fármacos: Las nanopartículas lipofílicas embebidas en cera actúan como reservorios de liberación lenta en formulaciones tópicas u orales.
Dispersores ultrasónicos para formulaciones de nanopartículas de cera
La dispersión ultrasónica con sonicadores de tipo sonda de alto rendimiento de Hielscher es una técnica robusta y escalable para la producción de nano-dispersiones de cera estables.
Los sistemas ultrasónicos tipo sonda de Hielscher se utilizan ampliamente para el procesamiento de nanopartículas debido a su alta capacidad de procesamiento, control preciso de parámetros y escalabilidad lineal. Tanto si necesita preparar dispersiones de nanopartículas de cera por lotes o en producción continua en línea, Hielscher Ultrasonics ofrece la configuración de sonicación ideal: los homogeneizadores ultrasónicos de laboratorio son la herramienta perfecta para la investigación y el desarrollo de productos, mientras que las celdas de flujo ultrasónicas industriales permiten la producción de nano-dispersiones de cera estables que cumplen con los más altos estándares de calidad.
Fabricados con los más altos estándares de calidad, los ultrasonidos Hielscher combinan robustez, facilidad de uso y fácil integración en los procesos industriales. Diseñados para soportar entornos exigentes, cuentan con tecnología de vanguardia, tienen certificación ISO y cumplen los requisitos CE, UL, CSA y RoHS.
- elevada eficiencia
- Tecnología punta
- fiabilidad & robustez
- control de procesos preciso y ajustable
- lote & en línea
- para cualquier volumen
- software inteligente
- funciones inteligentes (por ejemplo, programables, protocolo de datos, control remoto)
- Manejo sencillo y seguro
- Bajo mantenimiento
- CIP (limpieza in situ)
En la siguiente tabla encontrará algunas indicaciones sobre la capacidad de procesamiento aproximada de nuestros sonicadores:
| Volumen del lote | Tasa de flujo | Dispositivos recomendados |
|---|---|---|
| 0,5 a 1,5 mL | n.a. | VialTweeter |
| 1 a 500 mL | 10 a 200 mL/min. | UP100H |
| 10 a 2000 mL | 20 a 400 mL/min. | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 a 20 L | 0,2 a 4 L/min | UIP2000hdT |
| 10 a 100 L | 2 a 10 L/min | UIP4000hdT |
| 15 a 150L | De 3 a 15 l/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 a 100 L/min | UIP16000hdT |
| n.a. | mayor | Grupo de UIP16000hdT |
Sistema de emulsificación por ultrasonidos para la producción industrial de margarina
Literatura / Referencias
- 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.
Preguntas frecuentes
¿Qué es la cera?
La cera es una clase de materiales orgánicos hidrófobos compuestos principalmente por hidrocarburos de cadena larga, ésteres, ácidos grasos y alcoholes. Son sólidas a temperatura ambiente, tienen puntos de fusión relativamente bajos y se ablandan al calentarse.
¿Cuáles son los distintos tipos de ceras?
Los distintos tipos de ceras incluyen ceras naturales como la cera de abeja, la carnauba y la candelilla, ceras minerales derivadas del petróleo o del lignito como la parafina, la cera microcristalina y la cera de montan, y ceras sintéticas como el polietileno, el Fischer-Tropsch y las ceras de amida.
¿Para qué se utilizan las ceras?
Las ceras se utilizan en muchos sectores. Protegen superficies en revestimientos y pulimentos, actúan como agentes estructurantes y aglutinantes en cosméticos y productos farmacéuticos, sirven como agentes desmoldeantes y revestimientos protectores en la industria alimentaria, y funcionan como lubricantes, adhesivos y materiales de cambio de fase para el almacenamiento de energía en aplicaciones técnicas.
¿Cuál es la polaridad de las distintas ceras?
La polaridad de las ceras varía en función de su composición química. Las parafinas y las ceras de polietileno son en gran medida apolares, la cera de abejas y la cera de carnauba presentan una polaridad débil debido a los ésteres y los ácidos grasos libres, y el montan o ciertas ceras sintéticas presentan una polaridad moderada debido a las funcionalidades carboxílicas y amídicas.
Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrasónicos de alto rendimiento de laboratorio a tamaño industrial.