دیسپرسیون‌های نانوذرات در موم – فرمولاسیون‌های پایدار بسازید!

پراکنده‌سازی نانوذرات در ماتریس‌های مومی، کاربردی مهم اما چالش‌برانگیز در پوشش‌ها، محصولات آرایشی، داروسازی و مواد تغییر فازدهنده است. با توجه به گرانروی ذاتی موم‌های مذاب، آب‌گریزی آن‌ها و تمایل نانوذرات به کلوخه‌شدن بر اثر انرژی‌های سطحی بالا، تهیهٔ دیسپرسیون نانوذرات در موم به دانش فنی نیاز دارد. سونیکاتورهای Hielscher توان پراکنده‌سازی، قابلیت کنترل دقیق و مقیاس‌پذیری لازم را برای تولید دیسپرسیون‌های پایدار نانوذرات در موم، در مقیاس رومیزی و تولید صنعتی، فراهم می‌کنند.

چالش‌های پراکنده‌سازی نانوذرات در موم

نانوذرات – چه فلزی، چه سرامیکی و چه کربن‌پایه – به‌دلیل برهم‌کنش‌های قوی واندروالسی به‌آسانی تجمعات ذره‌ای تشکیل می‌دهند. در موم، نبود حلال‌های قطبی یا پایدارکننده‌ها این برهم‌کنش‌ها را تشدید می‌کند. هم‌زدن مکانیکی یا هموژنایزرهای روتور–استاتور اغلب کافی نیستند، به‌ویژه هنگامی که قطر نانوذرات کمتر از 100 nm است یا بارگذاری بالای ذرات ضرورت دارد. دستیابی به دیسپرسیونی همگن مستلزم تأمین انرژی کافی برای شکستن کلوخه‌ها در مقیاس نانو است، به‌گونه‌ای که هم‌زمان سطح ذرات نیز با محیط مومی تر شود.

سازوکار نانوپراکنده‌سازی فراصوتی

اثربخشی چشمگیر پراکنده‌سازی فراصوتی ناشی از سازوکار عملکرد منحصربه‌فرد کاویتاسیون آکوستیکی است. سونیکاتورهای پروبی هنگام انتشار امواج فراصوت با شدت بالا و فرکانس پایین در مایع، برای مثال موم مذاب، نیروهای کاویتاسیونی شدیدی ایجاد می‌کنند. فروپاشی حباب‌ها طی کاویتاسیون، نقاط داغ موضعی با گرادیان‌های برشی بسیار شدید، امواج ضربه‌ای و ریزجت‌ها پدید می‌آورد. این نیروهای گذرا بر چسبندگی بین ذرات غلبه می‌کنند و خوشه‌های نانوذرات را به‌طور مؤثر کلوخه‌زدایی می‌کنند.
علاوه بر این، فراصوت‌دهی ترشوندگی سطوح نانوذرات با موم مذاب را بهبود می‌بخشد. فروپاشی مکرر حباب‌های کاویتاسیون، کشش بین‌سطحی را کاهش می‌دهد و به مولکول‌های موم امکان می‌دهد به میان ذرات نفوذ کنند و آن‌ها را از طریق ممانعت فضایی پایدار سازند.

کاربردهای نانودیسپرسیون‌های مومی تهیه‌شده با فراصوت

قابلیت پراکنده‌سازی همگن نانوذرات در موم، راه را برای کاربردهای متنوع باز می‌کند:

• پوشش‌ها و مواد پرداخت: افزودن نانوذرات سیلیکا یا آلومینا، سختی، مقاومت در برابر خراش و براقیت را افزایش می‌دهد.
• فرمولاسیون‌های آرایشی: نانوذرات دی‌اکسید تیتانیوم یا اکسید روی، ضمن حفظ شفافیت، محافظت در برابر UV را فراهم می‌کنند.
• مواد تغییر فازدهنده (PCMs): گرافن، نانولوله‌های کربنی یا اکسیدهای فلزی، رسانندگی حرارتی را افزایش می‌دهند و بازده ذخیره‌سازی گرما را در سامانه‌های انرژی بهبود می‌بخشند.
• دارورسانی: نانوذرات چربی‌دوستِ جای‌گرفته در موم، در فرمولاسیون‌های موضعی یا خوراکی به‌عنوان مخازن آهسته‌رهش عمل می‌کنند.

دیسپرس‌کننده‌های فراصوتی برای فرمولاسیون‌های موم–نانوذره

پراکنده‌سازی فراصوتی با استفاده از سونیکاتورهای پروبی پربازده Hielscher، روشی قابل‌اتکا و مقیاس‌پذیر برای تولید نانودیسپرسیون‌های پایدار مومی است.
سامانه‌های فراصوتی پروبی Hielscher به‌دلیل توانمندی پردازشی بالا، کنترل دقیق پارامترها و مقیاس‌پذیری خطی، به‌طور گسترده برای پردازش نانوذرات استفاده می‌شوند. چه به تهیهٔ دیسپرسیون نانوذرات در موم به‌صورت ناپیوسته نیاز داشته باشید و چه به تولید پیوستهٔ درون‌خطی، Hielscher Ultrasonics آرایش تجهیزات ایدئال فراصوت‌دهی را ارائه می‌دهد: هموژنایزرهای فراصوتی آزمایشگاهی ابزاری ایدئال برای پژوهش و توسعهٔ محصول هستند، درحالی‌که سلول‌های جریان فراصوتی صنعتی، تولید نانودیسپرسیون‌های پایدار مومی مطابق با بالاترین استانداردهای کیفیت را ممکن می‌سازند.
سونیکاتورهای Hielscher که مطابق با بالاترین استانداردهای کیفیت ساخته می‌شوند، استحکام، سهولت استفاده و ادغام آسان در فرایندهای صنعتی را با هم فراهم می‌کنند. این دستگاه‌ها برای تحمل محیط‌های کاری دشوار طراحی شده‌اند، از فناوری روز بهره می‌برند، دارای گواهینامهٔ ISO هستند و الزامات CE، UL، CSA و RoHS را برآورده می‌کنند.

جدول زیر نمایی از ظرفیت تقریبی پردازش سونیکاتورهای ما ارائه می‌دهد:

منابع علمی / مراجع

• 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.