Nanohiukkaset vahassa -dispersiot – Tee vakaita koostumuksia!
Nanohiukkasten dispergointi vahamatriisiin on tärkeä mutta haastava sovellus pinnoitteissa, kosmetiikassa, lääkkeissä ja faasinvaihtomateriaaleissa. Kun otetaan huomioon sulatettujen vahojen luontainen viskositeetti, niiden hydrofobisuus ja nanohiukkasten taipumus agglomeroitua suurten pintaenergioidensa vuoksi, nanohiukkas-vahadispersion valmistaminen vaatii taitotietoa. Hielscherin sonikaattorit tarjoavat dispergointitehon, tarkan hallittavuuden ja skaalautuvuuden vakaiden nanohiukkas-vahadispersioiden valmistukseen penkkituotannossa ja teollisessa tuotannossa.
Haasteet nanohiukkasten dispergoimisessa vahaan
nanohiukkaset – metalliset, keraamiset tai hiilipohjaiset tuotteet – muodostavat helposti aggregaatteja voimakkaiden van der Waalsin vuorovaikutusten vuoksi. Vahassa näitä vuorovaikutuksia pahentaa polaaristen liuottimien tai stabilointiaineiden puute. Mekaaninen sekoittaminen tai roottori-staattorihomogenisaattorit osoittautuvat usein riittämättömiksi erityisesti silloin, kun nanohiukkasten halkaisija on alle 100 nm tai kun tarvitaan suuria pitoisuuksia. Homogeeninen dispersio edellyttää energian syöttöä, joka kykenee hajottamaan agglomeraatit nanokokoluokassa ja samalla kostuttamaan hiukkasten pinnan vaha-aineella.
Hielscher-koetintyyppiset sonikaattorit tuottavat stabiileja parafiinivaha-nanoemulsioita.
Ultraäänen nanodispersion mekanismi
Ultraäänidispersion merkittävä tehokkuus perustuu akustisen kavitaation ainutlaatuiseen toimintamekanismiin. Anturityyppiset kaikuluotainlaitteet tuottavat voimakkaita kavitaatiovoimia, kun suuritehoiset, matalataajuiset ultraääniaallot etenevät nesteen, esimerkiksi sulan vahan, läpi. Kavitaation aikana tapahtuva kuplien luhistuminen tuottaa paikallisia kuumia pisteitä, joissa on äärimmäisiä leikkausgradientteja, paineaaltoja ja mikrosuihkuja. Nämä ohimenevät voimat voittavat hiukkasten välisen adheesion ja hajottavat tehokkaasti nanohiukkasklusterit.
Lisäksi ultraääni tehostaa nanohiukkasten pintojen kostumista vahasulasta. Kavitaatiokuplien toistuva luhistuminen vähentää rajapintajännitystä, jolloin vahamolekyylit pääsevät tunkeutumaan hiukkasten väliin ja vakauttamaan niitä steriilisti.
Ultraäänellä valmistettujen vahan nanodispersioiden sovellukset
Kyky dispergoida nanohiukkasia homogeenisesti vahaan avaa mahdollisuuksia moninaisiin sovelluksiin:
- Pinnoitteet ja kiillotusaineet: Piidioksidi- tai alumiinioksidinanohiukkasten lisääminen parantaa kovuutta, naarmunkestävyyttä ja kiiltoa.
- Kosmeettiset valmisteet: Titaanidioksidi- tai sinkkioksidinanohiukkaset antavat UV-suojaa säilyttäen samalla läpinäkyvyyden.
- Vaihemuuntomateriaalit (PCM): Grafeeni, hiilinanoputket tai metallioksidit lisäävät lämmönjohtavuutta ja parantavat näin lämmönvarastointitehokkuutta energiajärjestelmissä.
- Lääkkeiden toimittaminen: Vahaan upotetut lipofiiliset nanohiukkaset toimivat hitaasti vapautuvina säiliöinä ajankohtaisissa tai suun kautta otettavissa formulaatioissa.
Ultraäänidispersiot vaha-nanohiukkasformulaatioita varten
Ultraäänidispersioiminen Hielscherin tehokkailla anturityyppisillä sonikaattoreilla on vankka ja skaalautuva tekniikka stabiilien vahan nanodispersioiden tuottamiseen.
Hielscherin anturityyppisiä ultraäänijärjestelmiä käytetään laajalti nanohiukkasten käsittelyyn niiden korkean käsittelykyvyn, tarkan parametrien hallinnan ja lineaarisen skaalautuvuuden ansiosta. Hielscher Ultrasonics tarjoaa ihanteellisen sonikaatioasennuksen riippumatta siitä, onko sinun valmistettava vaha-nanohiukkasdispersioita erissä vai jatkuvassa inline-tuotannossa: ultraäänilaboratoriohomogenisaattorit ovat täydellinen työkalu tutkimukseen ja tuotekehitykseen, kun taas ultraääni-teolliset virtaussolut mahdollistavat korkeimmat laatuvaatimukset täyttävien vakaiden vaha-nanodispersioiden tuotannon.
Korkeimpien laatuvaatimusten mukaisesti rakennetuissa Hielscher-ultraäänilaitteissa yhdistyvät kestävyys, käyttäjäystävällisyys ja helppo integroitavuus teollisuusprosesseihin. Ne on suunniteltu kestämään vaativia ympäristöjä, niissä on uusinta tekniikkaa, ne ovat ISO-sertifioituja ja täyttävät CE-, UL-, CSA- ja RoHS-vaatimukset.
- korkea hyötysuhde
- Uusinta teknologiaa
- luotettavuus & rotevuus
- säädettävä, tarkka prosessinohjaus
- erä & Inline
- mille tahansa tilavuudelle
- Älykäs ohjelmisto
- älykkäät ominaisuudet (esim. ohjelmoitavat, dataprotokollat, kauko-ohjaus).
- Helppo ja turvallinen käyttää
- vähän huoltoa vaativa
- CIP (puhdas paikan päällä)
Alla oleva taulukko antaa sinulle viitteitä ultraäänilaitteidemme likimääräisestä käsittelykapasiteetista:
| Erän tilavuus | Virtausnopeus | Suositellut laitteet |
|---|---|---|
| 0.5 - 1.5 ml | n.a. | VialTweeter |
| 1 - 500 ml | 10 - 200 ml / min | UP100H |
| 10 - 2000ml | 20–400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 - 20L | 0.2–4 l/min | UIP2000hdT |
| 10-100L | 2 - 10L / min | UIP4000hdT |
| 15-150L | 3 - 15L / min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10-100L / min | UIP16000hdT |
| n.a. | suurempi | klusteri UIP16000hdT |
Ultraääniemulgointijärjestelmä teolliseen margariinin tuotantoon
Kirjallisuus / Viitteet
- 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.
Usein Kysytyt Kysymykset
Mikä on vaha?
Vaha on orgaanisten, hydrofobisten aineiden luokka, joka koostuu pääasiassa pitkäketjuisista hiilivedyistä, estereistä, rasvahapoista ja alkoholeista. Ne ovat kiinteitä huoneenlämmössä, niiden sulamispisteet ovat suhteellisen alhaiset ja ne pehmenevät kuumennettaessa.
Mitä eri vahatyyppejä on olemassa?
Erilaisia vahatyyppejä ovat luonnonvahat, kuten mehiläisvaha, karnauba ja kandelilla, maaöljystä tai ruskohiilestä peräisin olevat mineraalivahat, kuten parafiini, mikrokiteinen ja montanvaha, sekä synteettiset vahat, kuten polyeteeni, Fischer-Tropsch ja amidivahat.
Mihin vahoja käytetään?
Vahoja käytetään laajalti eri teollisuudenaloilla. Ne suojaavat pintoja pinnoitteissa ja kiillotusaineissa, toimivat rakennemuokkaavina ja sitovina aineina kosmetiikassa ja lääketeollisuudessa, toimivat irrotusaineina ja suojapinnoitteina elintarviketeollisuudessa ja toimivat voiteluaineina, liimana ja faasinvaihdemateriaaleina energian varastoimiseksi teknisissä sovelluksissa.
Mikä on eri vahojen napaisuus?
Vahojen poolisuus vaihtelee niiden kemiallisen koostumuksen mukaan. Parafiini ja polyeteenivahat ovat suurelta osin poolittomia, mehiläisvaha ja karnaubavaha ovat heikosti poolisia esterien ja vapaiden rasvahappojen vuoksi, ja montan tai tietyt synteettiset vahat ovat kohtalaisen poolisia karboksyyli- ja amidifunktioiden vuoksi.
Hielscher Ultrasonics valmistaa korkean suorituskyvyn ultraäänihomogenisaattoreita laboratorio jotta Teollisuuden koko.