امولسیون‌های موم با فراصوت پرتوان
هنگامی که موم به‌صورت قطرات نانومتری با توزیعی بسیار همگن پراکنده می‌شود، امولسیون موم پایداری به دست می‌آید. هموژنایزرهای فراصوتی نیروهای برشی بالایی ایجاد می‌کنند و سامانه‌هایی قابل‌اعتماد و مقاوم برای تولید نانوامولسیون‌های پایدار موم هستند. هموژنایزرهای با برش بالای Hielscher Ultrasonics امولسیون‌هایی با کیفیت برتر برای صنایع مختلف تولید می‌کنند.
امولسیون‌های فراصوتی موم
نیروهای برشی بالای حاصل از فراصوت، انرژی لازم برای تولید امولسیون‌های موم با اندازهٔ نانومتری، مانند نانوامولسیون‌های پایدار موم پارافین، را تأمین می‌کنند.
می‌توان امولسیون‌ها و دیسپرسیون‌های زیرمیکرونی و نانومتری را با ترکیبی از موم‌های مختلف فرموله کرد تا محصولی برتر با ویژگی‌های عملکردی بسیار مطلوب، مانند روان‌کاری، مقاومت در برابر آب، مقاومت در برابر خراش و غیره، به دست آید.
نیروهای برشی بالای هموژنایزرهای فراصوتی، تولید فرمولاسیون‌های پایدار و آمادهٔ مصرف موم با ذرات در حالت تعادل را امکان‌پذیر می‌کنند. امولسیون‌سازی فراصوتی به ایجاد ذراتی با اندازهٔ نانومتری و توزیع یکنواخت منجر می‌شود.
سامانهٔ صنعتی فراصوتی جریان‌گذر برای تولید امولسیون‌های موم.
- اندازهٔ بسیار کوچک قطرات، کمتر از 100nm
- امولسیون‌های پایدار
- ماندگاری طولانی‌تر (پایداری مکانیکی)
- اثربخشی بیشتر
- کنترل دقیق فرایند
نانوامولسیون فراصوتی موم پارافین
روش تهیهٔ امولسیون پایدار موم پارافین
امولسیون موم با اندازهٔ نانومتری از موم پارافین مذاب (به‌عنوان فاز روغنی)، آب مقطر و SDS آنیونی به‌عنوان سورفکتانت فرموله می‌شود. برای تشکیل یک پیش‌مخلوط درشت، موم، آب و سورفکتانت با استفاده از همزن مغناطیسی با سرعت 1000 rpm همگن می‌شوند. برای این منظور، سورفکتانت (با غلظت 10 mg/ml امولسیون) و آب در یک بشر مخلوط می‌شوند و تا حدود 65–70ºC گرم می‌شوند. سپس موم پارافین به‌صورت قطره‌قطره، با حفظ کسر حجمی فاز روغنی در 0٫2 و در حین هم‌زدن مغناطیسی، افزوده می‌شود.
پس از افزودن کامل موم پارافین، امولسیون حاصل از پیش‌اختلاط درشت با هموژنایزر فراصوتی رومیزی UIP1000hdT (1000W, 20kHz) به‌مدت حدود 15 min تحت فراصوت‌دهی قرار می‌گیرد. فرایند امولسیون‌سازی فراصوتی به تولید نانوامولسیون موم با پایداری بسیار بالا منجر می‌شود.
دربارهٔ امولسیون موم پارافین با استفاده از فراصوت‌دهی بیشتر بخوانید!
نانوامولسیون‌های فراصوتی تهیه‌شده با Hielscher UP400St
سورفکتانت‌ها
امولسیون‌های موم را می‌توان با سازوکار فضایی (با استفاده از امولسیون‌سازهای غیریونی) یا سازوکار الکترواستاتیکی (با استفاده از امولسیون‌سازهای یونی، اغلب آنیونی) پایدار کرد. ترکیب امولسیون‌سازهای آنیونی و غیریونی، پایداری بهینه‌ای به امولسیون می‌بخشد، زیرا ذرات موم از طریق هر دو سازوکار پایدارسازی محافظت می‌شوند. این روش، سازوکار پایدارسازی الکتروفضایی نامیده می‌شود.
برای امولسیون‌سازی موم‌ها می‌توان از امولسیون‌سازها یا سورفکتانت‌های مختلف آنیونی، کاتیونی یا غیریونی استفاده کرد. رایج‌ترین سورفکتانت‌های مورداستفاده، اتوکسیلات‌های الکل چرب به‌عنوان سورفکتانت‌های غیریونی هستند، زیرا پایداری فوق‌العاده‌ای در برابر آب سخت، شوک‌های pH و الکترولیت‌ها فراهم می‌کنند. برای دستیابی به دیگر ویژگی‌های مشخص ماده، از انواع دیگری استفاده می‌شود؛ برای مثال، سورفکتانت‌های آنیونی برای آب‌گریزی بهتر یا سورفکتانت‌های کاتیونی برای چسبندگی بهتر.
توجه: هرچه قطرات کوچک‌تر باشند، برای پوشاندن سطح آن‌ها به سورفکتانت بیشتری نیاز است، زیرا نسبت V/S کره‌ها به این صورت است: S/V = 3/R. با هر افزایش طول یا شعاع به‌صورت x*l یا x*r، مساحت سطح به‌اندازهٔ مربع x افزایش می‌یابد (x2) و افزایش حجم به‌اندازهٔ مکعب x است (x3).
فرمولاسیون با امولسیون‌ها و دیسپرسیون‌های موم
هموژنایزرهای فراصوتی فقط برای تشکیل امولسیون‌ها / دیسپرسیون‌های موم به کار نمی‌روند – از آن‌ها در مراحل بعدی نیز برای پردازش امولسیون‌های موم استفاده می‌شود تا امولسیون به‌عنوان افزودنی در محصول نهایی، مانند پوشش‌ها، لاک‌ها، رنگ‌ها، محصولات آرایشی و غیره، وارد شود.
هموژنایزرهای فراصوتی مناسب کار سنگین برای امولسیون‌های پایدار موم
Hielscher Ultrasonics تأمین‌کننده‌ای با شهرت جهانی در زمینهٔ هموژنایزرهای فراصوتی پرتوان است. دستگاه‌های فراصوت ما در سراسر جهان به‌عنوان «دستگاه‌های پرکار» قابل‌اعتماد و مقاوم در صنایع شیمیایی، دارویی، آرایشی و غذایی به کار می‌روند. دستگاه‌های فراصوت صنعتی Hielscher می‌توانند به‌طور پیوسته دامنه‌های بسیار بالایی تا 200µm (و بنا به درخواست، بالاتر) ایجاد کنند تا کاویتاسیون شدید و برش بالا تولید شود. در نتیجه، نانوامولسیون‌ها و دیسپرسیون‌های فوق‌ریز با توزیع اندازهٔ ذرات بسیار باریک تولید می‌شوند. سامانه‌های فراصوت پرتوان ما به شما کمک می‌کنند تا فرمولاسیون‌های موم خود را با کیفیتی برتر تولید کنید.
استحکام سونیکاتورهای Hielscher امکان کارکرد 24/7 را تحت بار کاری سنگین و در محیط‌های دشوار فراهم می‌کند.
سونیکاتور پروبی UP400St برای تهیهٔ امولسیون‌های پایدار موم.
| حجم بچ | دبی | دستگاه‌های پیشنهادی |
|---|---|---|
| 1 تا 500mL | 10 تا 200mL/min | UP100H |
| 10 تا 2000mL | 20 تا 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0٫1 تا 20L | 0٫2 تا 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 تا 100L | 2 تا 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 تا 150L | 3 تا 15L/min | UIP6000hdT |
| قابل‌اعمال نیست | 10 تا 100L/min | UIP16000hdT |
| قابل‌اعمال نیست | بیشتر | مجموعه‌ای از UIP16000hdT |
با ما تماس بگیرید! / از ما بپرسید!
هموژنایزر فراصوتی پرتوان 1٫5kW مدل UIP15000hdT مجهز به سلول جریان برای امولسیون‌سازی درون‌خطی.
منابع علمی / مراجع
- 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.
دانستنی‌های مفید
موم چیست؟ موم‌ها چه کاربردهایی دارند؟
موم‌ها گروه متنوعی از ترکیبات آلی تعریف می‌شوند که در دماهای نزدیک به دمای محیط، جامداتی آب‌گریز و شکل‌پذیر هستند. موم‌ها از اجزای مختلفی شامل هیدروکربن‌ها (آلکان‌ها و آلکن‌های خطی یا شاخه‌دار)، کتون‌ها، دی‌کتون‌ها، الکل‌های نوع اول و دوم، آلدهیدها، استرهای استرول، اسیدهای آلکانوئیک، ترپن‌ها (اسکوالن) و مونو‌استرها (استرهای موم) تشکیل می‌شوند. ترکیب شیمیایی موم‌ها پیچیده و متغیر است، اما به‌طور کلی موم‌ها حاوی نسبت نسبتاً بالایی از آلکان‌ها هستند و هیدروکربن‌های آن‌ها زنجیره‌های کربنی بلند یا بسیار بلند دارند (از 12 تا حدود 38 اتم کربن). آن‌ها در گسترهٔ وسیعی از دما جامد هستند (نقطهٔ ذوب بین 60°C و 100°C). هنگام ذوب‌شدن، به مایعی با گرانروی پایین تبدیل می‌شوند.
از ویژگی‌های آن‌ها نامحلول‌بودن در آب و محلول‌بودن در حلال‌های آلی غیرقطبی است. موم‌ها را می‌توان به موم‌های طبیعی (با منشأ گیاهی یا جانوری)، نیمه‌سنتزی و سنتزی تقسیم کرد.
نفت خام منبع اصلی تولید تجاری موم‌ها است.
دو نوع مهم‌تر موم‌های نفتی، موم‌های پارافین و میکروکریستالین هستند:
موم‌های پارافین عمدتاً قوامی جامد و مومی، سفیدرنگ، بی‌بو و بی‌مزه دارند؛ نقطهٔ ذوب معمول آن‌ها بین 46°C و 68°C (115°F و 154°F) و چگالی آن‌ها حدود 900 kg/m3 است. ساختار آن‌ها درشت‌بلور است و در آب نامحلول‌اند، اما در اتر، بنزن و برخی استرها حل می‌شوند. موم‌های پارافین از نفت خام به دست می‌آیند و بین 20 و 40 اتم کربن دارند.
موم میکروکریستالین، که با نام پترولاتوم نیز شناخته می‌شود، به‌دلیل بو، رنگ، محتوای روغن، قوام و خاصیت نگه‌داشتن روغن، کاربردهای متعددی دارد.
موم‌های α-اولفین به‌صورت سنتزی از اتیلن، از طریق سنتز Fischer-Tropsch با کاتالیزور Ziegler-Natta یا از طریق الیگومریزاسیون اتیلن، به دست می‌آیند. موم‌های آلفااولفین بیشتر در افزودنی‌های روغن روان‌کار، روان‌کننده‌های PVC، شمع‌ها، مواد شیمیایی حفاری نفت و محصولات آرایشی به کار می‌روند.
موم پلی‌اتیلن (PE-WAX) نوعی پلی‌اتیلن با وزن مولکولی فوق‌العاده پایین (ULMWPE) است که از زنجیره‌های مونومر اتیلن تشکیل شده است. موم پلی‌پروپیلن (PP-WAX) رزینی سنتزی و بلوری با وزن مولکولی پایین است.
موم‌های پلی‌اتیلن و پلی‌پروپیلن هر دو هموپلیمر هستند و عمدتاً در فرمولاسیون مواد رنگ‌دهندهٔ پلاستیک‌ها به کار می‌روند.
موم‌های کوپلیمری مانند مشتقات اتیلن وینیل استات (EVA) و اتیلن اکریلیک اسید (EAA)، کاربرد گسترده‌ای در فرمولاسیون پوشش‌ها، مانند لایه‌های پایهٔ متالیک، دارند.
موم‌ها و افزودنی‌های مومی به‌طور گسترده برای ایجاد روان‌کاری/لغزندگی، خواص رئولوژیکی، مقاومت در برابر سایش، خاصیت ضدچسبندگی سطوح به یکدیگر/سدکنندگی، براق‌کنندگی یا مات‌کنندگی، مقاومت ضد‌اکسیداسیون و/یا آب‌گریزی در محصول استفاده می‌شوند.
موم‌ها از اجزای پرکاربرد در بسیاری از صنایع هستند، از جمله تولید مواد شیمیایی (مانند مواد شیمیایی خالص و ویژه)، پوشش‌ها، رنگ‌ها و مرکب‌ها، افزودنی‌ها و اصلاح‌کننده‌ها، چسب‌ها، پلاستیک‌ها و PVC، تایرها و لاستیک‌ها، ساخت‌وساز و ساختمان، تجهیزات کنترل ترموستاتیک، بسته‌بندی، مواد غذایی و محصولات آرایشی.
موم‌های طبیعی:
- موم‌های جانوری: موم زنبور عسل، لانولین، پیه، شلاک، اسپرماستی
- موم‌های گیاهی: کارنائوبا، کاندلیلا، سویا، کرچک، سبوس برنج، بی‌بری، جوجوبا و غیره.
موم‌های معدنی:
- موم‌های فسیلی: سرزین، مونتان، اوزوکریت، موم تورب
- موم‌های نفتی: پارافین، موم‌های میکروکریستالین، مانند پترولاتوم
موم‌های سنتزشده:
موم‌های سنتزی: پلیمرهای اتیلنی، مانند پلی‌اتیلن و اتر–استرهای پلی‌ال؛ موم‌های پلی‌اولفینی؛ موم‌های آمیدی اسید چرب؛ نفتالین‌های کلردار؛ انواع هیدروکربنی، مانند Fischer-Tropsch.
امولسیون موم چیست؟
امولسیون موم / دیسپرسیون موم، مخلوطی پایدار از یک یا چند موم در آب است. ازآنجاکه موم‌ها و مایعات آبی معمولاً امتزاج‌ناپذیرند، برای تشکیل امولسیون پایدار موم به سورفکتانت‌ها و یک فرایند اختلاط پیشرفته، مانند فراصوت پرتوان، نیاز است. از نظر اصطلاح‌شناسی دقیق، امولسیون موم باید دیسپرسیون موم نامیده شود، زیرا موم‌ها در دمای اتاق جامد هستند. بااین‌حال، چون امولسیون‌ها / دیسپرسیون‌های موم با موم‌های مذاب تهیه می‌شوند، اصطلاحات «امولسیون‌سازی» و «امولسیون موم» بیشتر برای فرمولاسیون‌های آبی موم به کار می‌روند، درحالی‌که اصطلاح «دیسپرسیون موم» عمدتاً بیانگر فرمولاسیون موم بر پایهٔ حلال است.
امولسیون چیست
امولسیون، دیسپرسیون مایع در مایع متشکل از دو یا چند مایع امتزاج‌ناپذیر است.
امولسیون می‌تواند انواع مختلفی داشته باشد: w/o, o/w, w/o/w, o/w/o
نوع امولسیون (w/o یا o/w) را می‌توان با آزمون رقیق‌سازی بررسی کرد. امولسیون فقط با فاز پیوسته / خارجی قابل رقیق‌شدن است. روش دیگر شناسایی نوع امولسیون، آزمون رسانایی است. امولسیون‌های یونی o/w رسانا نیستند، درحالی‌که امولسیون‌های o/w جریان الکتریکی را هدایت می‌کنند.
برای انجام آزمون کاغذ صافی CoCl2 ، کاغذ صافی به CoCl2 آغشته و خشک می‌شود (رنگ آبی). رنگ کاغذ صافی آغشته به CoCl2 با افزودن امولسیون o/w به صورتی تغییر می‌کند.
Hielscher Ultrasonics هموژنایزرهای فراصوتی با عملکرد بالا را در مقیاس‌های آزمایشگاهی تا صنعتی تولید می‌کند.