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 fuerzas de cizallamiento elevadas y son sistemas fiables y robustos para producir nanoemulsiones de cera estables. Los homogeneizadores de alto cizallamiento de Hielscher Ultrasonics proporcionan emulsiones superiores para diversas industrias.
Emulsiones de cera por ultrasonidos
Las 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 industrial de flujo ultrasónico para la producción de emulsiones de cera.
- 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 cera 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 groseramente se sonicado con un homogeneizador ultrasónico de sobremesa UIP1000hdT (1000W, 20kHz) durante unos 15 minutos. El proceso de emulsificación ultrasónica da lugar a una nanoemulsión de cera con una estabilidad muy elevada.
Más información sobre la emulsión de parafina por sonicación
Nanoemulsiones ultrasónicas preparadas con el Hielscher UP400St
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 para emulsiones de cera estables
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. Los ultrasonidos industriales de Hielscher son capaces de suministrar continuamente 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 sonicadores de Hielscher permite un funcionamiento ininterrumpido en entornos exigentes.
Sonda sonicadora UP400St para la preparación de emulsiones de cera estables.
| Volumen del lote | Tasa de flujo | Dispositivos recomendados |
|---|---|---|
| 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 |
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Potente homogeneizador ultrasónico de 1,5 kW UIP15000hdT con célula de flujo para emulsificación en línea.
Literatura / Referencias
- 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.
Información interesante
¿Qué es la cera? ¿Para qué se utilizan las ceras?
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 de poliolefinas; ceras de amidas de ácidos grasos; naftalenos clorados; hidrocarburos de tipo, por ejemplo, Fischer-Tropsch.
¿Qué es una 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.
Qué es una 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.
Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrasónicos de alto rendimiento de laboratorio a tamaño industrial.