Nanoosakeste dispersioonid vahas – valmistage stabiilseid koostisi!
Nanoosakeste dispergeerimine vahamaatriksitesse on oluline, kuid keeruline rakendus pindade katetes, kosmeetikas, farmaatsias ja faasisiirdega materjalides. Arvestades sulatatud vahade omaviskoossust, nende hüdrofoobsust ja nanoosakeste kalduvust suurte pindenergiate tõttu aglomeeruda, nõuab nanoosakeste-vaha dispersiooni valmistamine oskusteavet. Hielscheri sonikaatorid pakuvad dispergeerimisvõimsust, täpset juhitavust ja skaleeritavust stabiilsete nanoosakeste-vaha dispersioonide tootmiseks laboratoorses ja tööstuslikus mastaabis.
Nanoosakeste dispergeerimise väljakutsed vahasse
Nanoosakesed – olgu need metallilised, keraamilised või süsinikupõhised – moodustavad tugevate van der Waalsi vastasmõjude tõttu kergesti agregaate. Vahas süvendab neid vastasmõjusid polaarsete lahustite või stabilisaatorite puudumine. Mehaaniline segamine või rootor-stator-homogenisaatorid osutuvad sageli ebapiisavaks, eriti kui nanoosakeste läbimõõt on alla 100 nm või kui on vaja suurt sisaldust. Homogeenne dispersioon nõuab energiasisendit, mis suudab aglomeraate nanomastaabis lõhkuda, märgates samal ajal osakeste pinda vahakeskkonnaga.
Hielscheri sondtüüpi sonikaatorid toodavad stabiilseid parafiinvaha nanoemulsioone.
Ultraheli nanodispergeerimise mehhanism
Ultraheli dispergeerimise märkimisväärne tõhusus tuleneb akustilise kavitatsiooni ainulaadsest toimemehhanismist. Sondtüüpi sonikaatorid tekitavad intensiivseid kavitatsioonijõude, kui suure intensiivsusega madalsageduslikud ultrahelilained levivad läbi vedeliku, nt sulatatud vaha. Mullide kollapseerumine kavitatsiooni käigus tekitab lokaalseid kuumpunkte äärmuslike nihkegradientide, lööklainete ja mikrojugadega. Need mööduvad jõud ületavad osakestevahelise adhesiooni ja deaglomeerivad nanoosakeste klastreid tõhusalt.
Lisaks parandab ultraheli töötlus nanoosakeste pindade märgumist vahasulamis. Kavitatsioonimullide korduv kollapseerumine vähendab pindpinevust faaside piirpinnal, võimaldades vahamolekulidel osakeste vahele tungida ja neid steeriliselt stabiliseerida.
Ultraheli abil valmistatud vaha nanodispersioonide rakendused
Võime nanoosakesi vahas homogeenselt dispergeerida avab tee mitmesugustele rakendustele:
- Katted ja poleerimisvahendid: Räni- või alumiiniumoksiidi nanoosakeste lisamine parandab kõvadust, kriimustuskindlust ja läiget.
- Kosmeetilised koostised: Titaandioksiidi või tsinkoksiidi nanoosakesed annavad UV-kaitse, säilitades samal ajal läbipaistvuse.
- Faasisiirdega materjalid (PCM-id): Grafeen, süsiniknanotorud või metallioksiidid suurendavad soojusjuhtivust, parandades soojuse salvestamise efektiivsust energiasüsteemides.
- Ravimite manustamine: Vahasse sisestatud lipofiilsed nanoosakesed toimivad aeglase vabanemisega reservuaaridena paiksetes või suukaudsetes koostistes.
Ultraheli dispergaatorid vaha-nanoosakeste koostiste jaoks
Ultraheli dispergeerimine Hielscheri suure jõudlusega sondtüüpi sonikaatoritega on töökindel ja skaleeritav meetod stabiilsete vaha nanodispersioonide tootmiseks.
Hielscheri sondtüüpi ultraheli süsteeme kasutatakse nanoosakeste töötlemiseks laialdaselt tänu nende suurele töötlemisvõimele, täpsele parameetrite juhtimisele ja lineaarsele skaleeritavusele. Olenemata sellest, kas peate vaha nanoosakeste dispersioone valmistama partiidena või pidevas inline-tootmises, pakub Hielscher Ultrasonics ideaalset ultraheli töötluse lahendust: ultraheli laborihomogenisaatorid on suurepärane tööriist teadus- ja tootearenduseks, samas kui tööstuslikud ultraheli läbivoolukambrid võimaldavad toota stabiilseid vaha nanodispersioone, mis vastavad kõrgeimatele kvaliteedistandarditele.
Kõrgeimatele kvaliteedistandarditele vastavalt ehitatud Hielscheri ultraheliseadmed ühendavad töökindluse, kasutajasõbralikkuse ja lihtsa integreerimise tööstusprotsessidesse. Need on loodud taluma nõudlikke keskkondi, neis on kasutusel tipptehnoloogia, need on ISO-sertifitseeritud ning vastavad CE, UL, CSA ja RoHS nõuetele.
- kõrge efektiivsus
- tipptehnoloogia
- töökindlus ja vastupidavus
- reguleeritav, täpne protsessijuhtimine
- partiitöötlus ja inline
- igale mahule
- intelligentne tarkvara
- nutikad funktsioonid (nt programmeeritavus, andmete protokollimine, kaugjuhtimine)
- lihtne ja ohutu kasutada
- väike hooldusvajadus
- CIP (kohapealne puhastus)
Allolev tabel annab ülevaate meie ultraheliseadmete ligikaudsest töötlemismahust:
| Partii maht | Vooluhulk | Soovitatavad seadmed |
|---|---|---|
| 0,5 kuni 1,5mL | n.a. | VialTweeter |
| 1 kuni 500mL | 10 kuni 200mL/min | UP100H |
| 10 kuni 2000mL | 20 kuni 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 kuni 20L | 0,2 kuni 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 kuni 100L | 2 kuni 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 kuni 150L | 3 kuni 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 kuni 100L/min | UIP16000hdT |
| n.a. | suurem | klaster seadmetest UIP16000hdT |
Ultraheli emulgeerimissüsteem margariini tööstuslikuks tootmiseks
Kirjandus / viited
- 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.
Korduma kippuvad küsimused
Mis on vaha?
Vaha on orgaaniliste hüdrofoobsete materjalide klass, mis koosneb peamiselt pikaahelalistest süsivesinikest, estritest, rasvhapetest ja alkoholidest. Need on toatemperatuuril tahked, neil on suhteliselt madal sulamistemperatuur ja kuumutamisel muutuvad nad pehmeks.
Millised on erinevad vahatüübid?
Vahatüüpide hulka kuuluvad looduslikud vahad, nagu mesilasvaha, karnaubavaha ja kandelillavaha, nafta või pruunsöe baasil saadud mineraalvahad, nagu parafiin-, mikrokristalne ja montaanvaha, ning sünteetilised vahad, nagu polüetüleen-, Fischer–Tropschi ja amiidvahad.
Milleks vahasid kasutatakse?
Vahasid kasutatakse laialdaselt erinevates tööstusharudes. Need tagavad pinnakaitse katetes ja poleerimisvahendites, toimivad kosmeetikas ja farmaatsias struktureerivate ja sideainetena, on toiduainetööstuses eralduskihi- ja kaitsekatteainetena ning toimivad tehnilistes rakendustes määrdeainete, liimide ja energia salvestamise faasisiirdega materjalidena.
Milline on erinevate vahade polaarsus?
Vahade polaarsus varieerub nende keemilise koostise järgi. Parafiin- ja polüetüleenvahad on suures osas mittepolaarsed, mesilasvaha ja karnaubavaha avaldavad estrite ja vabade rasvhapete tõttu nõrka polaarsust ning montaan- või teatud sünteetilised vahad näitavad karboksüül- ja amiidrühmade tõttu mõõdukat polaarsust.
Hielscher Ultrasonics toodab suure jõudlusega ultraheli homogenisaatoreid alates laborisuurusest kuni tööstusliku suuruseni.