Emulsiones de cera con energía ultrasónica

  • Cuando la cera se dispersa en forma de nanogotas con una distribución muy homogénea, se obtiene una emulsión de cera estable.
  • Los homogeneizadores ultrasónicos generan elevadas fuerzas de cizallamiento y son sistemas fiables y robustos para producir nanoemulsiones de cera estables.
  • Hielscher Ultrasonics’ Los ultrasonidos de alto cizallamiento proporcionan emulsiones de calidad superior para diversas industrias.

Emulsiones de cera por ultrasonidos

El cizallamiento ultrasónico crea nanogotasLas elevadas fuerzas de cizallamiento generadas por ultrasonidos proporcionan la energía necesaria para producir emulsiones de cera de tamaño nanométrico, por ejemplo, nanoemulsiones estables de cera de parafina.
Las emulsiones y dispersiones submicrónicas y nanométricas pueden formularse utilizando una combinación de diversas ceras para obtener un producto superior con funcionalidades muy elevadas (por ejemplo, lubricidad, resistencia al agua, resistencia al rayado, etc.).
Las elevadas fuerzas de cizallamiento de los homogeneizadores ultrasónicos permiten producir formulaciones de cera estables listas para usar con partículas en equilibrio. La emulsificación ultrasónica da como resultado partículas de tamaño nanométrico y una distribución uniforme.

Sistema de emulsificación por ultrasonidos para la producción industrial de emulsiones de cera.

Sistema industrial de flujo ultrasónico para la producción de emulsiones de cera.

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El emulsionador ultrasónico ofrece resultados superiores:

  • tamaños de gota muy pequeños, inferiores a 100 nm
  • emulsiones estables
  • vida útil prolongada (estabilidad mecánica)
  • mayor eficacia
  • Control preciso del proceso

Nanoemulsión ultrasónica de cera de parafina

Cómo preparar una emulsión de parafina estable
La emulsión de cera nanométrica se formula a partir de cera de parafina fundida (como fase oleosa), agua destilada y SDS aniónico como tensioactivo. Para formar una premezcla gruesa, la cera, el agua y el tensioactivo se homogeneizan utilizando un agitador magnético a 1000 rpm. A continuación, el tensioactivo (concentración 10 mg/ml de emulsión) y el agua se mezclan en un vaso de precipitados y se calientan a unos 65-70ºC. A continuación, se añade la parafina gota a gota manteniendo una fracción de volumen de 0,2 de la fase oleosa bajo agitación magnética.
Tras la adición completa de la parafina, la emulsión premezclada se somete a sonicación con un homogeneizador ultrasónico de sobremesa. UIP1000hdT (1000W, 20kHz) durante aprox. 15 min. El proceso de emulsificación por ultrasonidos da lugar a una nanoemulsión de cera de gran estabilidad.

Este vídeo muestra cómo el procesador ultrasónico UP400S de Hielscher prepara una emulsión nanométrica de aceite vegetal en agua.

Emulsionado de aceite vegetal en agua con el UP400S

Vídeo en miniatura

tensioactivos

Las emulsiones de cera pueden estabilizarse mediante un mecanismo estérico (utilizando emulgentes no iónicos) o electrostático (utilizando emulgentes iónicos, normalmente aniónicos). La combinación de emulgentes aniónicos y no iónicos proporciona a la emulsión una estabilidad óptima porque las partículas de cera están protegidas por ambos mecanismos de estabilización. Esto se denomina mecanismo de estabilización electrostático.
Para la emulsificación de las ceras, pueden utilizarse diversos emulsionantes o tensioactivos, que pueden ser aniónicos, catiónicos o no iónicos. Los tensioactivos más utilizados son los etoxilatos de alcoholes grasos como tensioactivos no iónicos, ya que ofrecen una extraordinaria estabilidad frente al agua dura, los choques de pH y los electrolitos. Para otras características específicas del material, se utilizan otros diversos, por ejemplo, tensioactivos aniónicos para mejorar la hidrofobicidad o tensioactivos catiónicos para mejorar la adherencia.
Nota: Cuanto más pequeñas son las gotas, más tensioactivo se necesita para cubrir la superficie de la gota, ya que la relación V/S de las esferas es la siguiente S/V = 3/R. Para cualquier aumento, x*l o x*r en longitud o radio, el aumento de la superficie es x al cuadrado (x2) y el aumento de volumen x se eleva al cubo (x3).

Formulación con emulsiones y dispersiones de cera

Los homogeneizadores ultrasónicos no sólo se utilizan para formar emulsiones / dispersiones de cera – se utilizan para procesar las emulsiones de cera en etapas posteriores para incorporar la emulsión como aditivo en el producto final (por ejemplo, revestimientos, lacas, pinturas, cosméticos, etc.).

Homogeneizadores ultrasónicos de gran potencia

Hielscher Ultrasonics es un proveedor mundialmente reconocido de homogeneizadores ultrasónicos de alta potencia. Nuestros ultrasonicadores se pueden encontrar en todo el mundo como fiables y robustos “caballos de trabajo” en la industria química, farmacéutica, cosmética y alimentaria. Hielscher ultrasonidos industriales crean amplitudes muy elevadas, de hasta 200µm (y superiores bajo demanda), para generar una cavitación intensa y un alto cizallamiento. Como resultado, se producen nanoemulsiones y dispersiones ultrafinas con distribuciones de partículas muy estrechas. Nuestros sistemas de ultrasonidos de alta potencia le ayudan a obtener una calidad superior de sus formulaciones de cera.
La robustez de los equipos de ultrasonidos de Hielscher permite su funcionamiento ininterrumpido en entornos exigentes y con cargas pesadas.

La emulsificación ultrasónica produce gotas finas y una distribución uniforme de las gotas.

Distribución del tamaño de las partículas de una nanoemulsión producida por ultrasonidos.

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 UIP4000
n.a. 10 a 100 L/min UIP16000
n.a. mayor Grupo de UIP16000

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Los ultrasonicadores de Hielscher, desde los de laboratorio hasta los de escala industrial, ofrecen la potencia de sonicación necesaria para las nanoemulsiones. (¡Haga clic para ampliar!)

Potente procesador ultrasónico de 1,5 kW UIP15000hd



Literatura / Referencias

3 pasos hasta el éxito mediante el procesamiento por ultrasonidos: viabilidad - optimización - escalado (clic para ampliar)

Procesamiento por ultrasonidos: ¡Hielscher le ayudará desde la etapa de viabilidad y la optimización del proceso hasta la producción industrial!

Información interesante

cera

Las ceras se definen como una clase diversa de compuestos orgánicos que son sólidos hidrófobos y maleables a temperaturas cercanas a la ambiente. Las ceras están formadas por varios componentes, como hidrocarburos (alcanos y alquenos normales o ramificados), cetonas, diketonas, alcoholes primarios y secundarios, aldehídos, ésteres de esteroles, ácidos alcanoicos, terpenos (escualeno) y monoésteres (ésteres de cera). La composición química de las ceras es compleja y variable, pero en general las ceras contienen una proporción relativamente alta de alcanos y los hidrocarburos tienen cadenas de carbono largas o muy largas (de 12 a unos 38 átomos de carbono). Son sólidas en un amplio rango de temperaturas (punto de fusión entre 60°C y 100°C). Cuando se funden, se convierten en un líquido de baja viscosidad.
Se caracterizan por su insolubilidad en agua pero solubilidad en disolventes orgánicos no polares. Las ceras pueden ser naturales (de origen vegetal o animal), semisintéticas o sintéticas.
Para la producción comercial de ceras, el petróleo crudo es la fuente principal.

Los dos tipos de ceras de petróleo más importantes son la parafina y las ceras microcristalinas:
Parafinas presenta sobre todo una consistencia sólida cerosa, blanca, inodora e insípida, con un punto de fusión típico entre 46°C y 68°C (115°F y 154°F), y una densidad aproximada de 900 kg/m3. Tiene una estructura macrocristalina y es insoluble en agua, pero soluble en éter, benceno y ciertos ésteres. Las parafinas proceden del petróleo crudo y contienen entre 20 y 40 átomos de carbono.
Cera microcristalina, también conocido como petrolato, se utiliza para múltiples aplicaciones debido a su olor, color, contenido de aceite, consistencia y propiedad aglutinante del aceite.

Ceras α-olefínicas se obtienen sintéticamente a partir del etileno mediante la síntesis Fischer-Tropsch con un catalizador Ziegler-Natta o mediante la oligomerización del etileno. Las ceras alfaolefínicas se utilizan sobre todo en aditivos para aceites lubricantes, lubricantes de PVC, velas, productos químicos para perforaciones petrolíferas y cosméticos.

Cera de polietileno (PE-WAX) es un polietileno de peso molecular ultrabajo (ULMWPE) formado por cadenas de monómero de etileno. cera de polipropileno (PP-WAX) es una resina sintética cristalina de bajo peso molecular.
Tanto las ceras de oletileno como las de polipropileno son homopolímeros y se utilizan principalmente para la formulación de colorantes para plásticos.

Ceras copoliméricas como los derivados del acetato de vinilo etileno (EVA) y el ácido acrílico etileno (EAA) están muy extendidos en las formulaciones de revestimientos, por ejemplo, las capas base metálicas.

Las ceras y los aditivos de ceras se utilizan mucho para aportar a un producto lubricación/deslizamiento, reología, resistencia a la abrasión, antibloqueo/barrera, pulido o mateado, resistencia antioxidante y/o repelencia al agua.
Las ceras son un componente ampliamente utilizado en muchas industrias, como en la producción de productos químicos (por ejemplo, finos & química especializada), revestimientos, pinturas & tintas, aditivos & modificadores, adhesivos, plásticos & PVC, neumáticos & gomas, construcción & construcción, dispositivos de control termostático, envases, alimentos y cosméticos.

Ceras naturales:

  • Ceras animales: cera de abejas, lanolina, sebo, goma laca, esperma de ballena
  • Ceras vegetales: carnauba, candelilla, soja, ricino, salvado de arroz, laurel, jojoba, etc.

Ceras minerales:

  • Ceras fósiles: Ceresina, Montan, Ozocerita, Cera de turba
  • Ceras de petróleo: parafina, ceras microcristalinas, p. ej. petrolato

Ceras sintetizadas:
Ceras sintéticas: polímeros etilénicos como el polietileno & Éteres de poliol; ceras poliolefínicas; ceras de amidas de ácidos grasos; naftalenos clorados; hidrocarburos de tipo, por ejemplo, Fischer-Tropsch.

emulsión de cera

Una emulsión de cera / dispersión de cera es una mezcla estable de una o varias ceras en agua. Como las ceras y los líquidos acuosos son normalmente inmiscibles, para formar una emulsión de cera estable se necesitan tensioactivos y un sofisticado proceso de mezcla, por ejemplo, ultrasonidos potentes. En términos correctos, una emulsión de cera debe denominarse dispersión de cera, ya que las ceras son sólidas a temperatura ambiente. Pero como las emulsiones / dispersiones de cera se preparan con ceras fundidas, los términos “Emulsificar” y “emulsión de cera” se utilizan más comúnmente para las formulaciones acuosas de cera, mientras que el término “dispersión de cera” describe principalmente una formulación de cera a base de disolvente.

emulsión

Una emulsión es una dispersión líquido en líquido de dos o más líquidos inmiscibles.
Una emulsión puede ser de varios tipos: w/o, o/w, w/o/w, o/w/o
El tipo de emulsión (w/o u o/w) puede examinarse mediante una prueba de dilución. La emulsión sólo puede diluirse con la fase continua / externa. Otro método para identificar el tipo de emulsión es el ensayo de conductividad. Las emulsiones iónicas o/w no conducen, mientras que las emulsiones o/w conducen la corriente eléctrica.
Para el uso del CoCl2 prueba del papel de filtro, se impregna un papel de filtro con CoCl2 y se secó (color azul). El color del CoCl2 El papel de filtro se vuelve rosa cuando se añade una emulsión o/w.

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