Dispersions de nanoparticules dans la cire – Des formulations stables !
La dispersion de nanoparticules dans des matrices de cire est une application importante, mais difficile, dans les domaines des revêtements, des cosmétiques, des produits pharmaceutiques et des matériaux à changement de phase. Compte tenu de la viscosité intrinsèque des cires fondues, de leur hydrophobicité et de la tendance des nanoparticules à s'agglomérer en raison de leur énergie de surface élevée, la préparation d'une dispersion nanoparticules-cire exige un certain savoir-faire. Les sonicateurs Hielscher offrent la puissance de dispersion, le contrôle précis et l'évolutivité nécessaires à la production de dispersions nanoparticules-cire stables en laboratoire et en production industrielle.
Défis liés à la dispersion des nanoparticules dans la cire
nanoparticules – qu'ils soient métalliques, céramiques ou à base de carbone – forment facilement des agrégats en raison des fortes interactions de van der Waals. Dans la cire, ces interactions sont exacerbées par l'absence de solvants polaires ou de stabilisateurs. L'agitation mécanique ou les homogénéisateurs à rotor-stator s'avèrent souvent insuffisants, en particulier lorsque les nanoparticules ont un diamètre inférieur à 100 nm ou lorsque des charges élevées sont requises. Une dispersion homogène exige un apport d'énergie capable de briser les agglomérats à l'échelle nanométrique tout en mouillant la surface des particules avec le milieu cireux.
Les sonicateurs à sonde Hielscher produisent des nanoémulsions stables de cire de paraffine.
Mécanisme de la nanodispersion ultrasonique
L'efficacité significative de la dispersion ultrasonique réside dans le mécanisme de fonctionnement unique de la cavitation acoustique. Les sonicateurs à sonde génèrent d'intenses forces de cavitation lorsque des ondes ultrasonores de haute intensité et de basse fréquence se propagent dans un liquide, par exemple de la cire fondue. L'effondrement des bulles pendant la cavitation produit des points chauds localisés avec des gradients de cisaillement extrêmes, des ondes de choc et des micro-jets. Ces forces transitoires surmontent l'adhésion interparticulaire et désagglomèrent efficacement les amas de nanoparticules.
En outre, les ultrasons améliorent le mouillage des surfaces des nanoparticules par la cire fondue. L'effondrement répété des bulles de cavitation réduit la tension interfaciale, ce qui permet aux molécules de cire de pénétrer entre les particules et de les stabiliser stériquement.
Applications des nanodispersions de cire préparées par ultrasons
La capacité à disperser de manière homogène des nanoparticules dans la cire ouvre la voie à de nombreuses applications :
- Revêtements et polis : L'ajout de nanoparticules de silice ou d'alumine améliore la dureté, la résistance aux rayures et la brillance.
- Formulations cosmétiques : Les nanoparticules de dioxyde de titane ou d'oxyde de zinc assurent la protection contre les UV tout en maintenant la transparence.
- Matériaux à changement de phase (PCM) : Le graphène, les nanotubes de carbone ou les oxydes métalliques augmentent la conductivité thermique, améliorant ainsi l'efficacité du stockage de la chaleur dans les systèmes énergétiques.
- Délivrance de médicaments : Les nanoparticules lipophiles enrobées de cire agissent comme des réservoirs à libération lente dans les formulations topiques ou orales.
Disperseurs ultrasoniques pour les formulations cire-nanoparticules
La dispersion par ultrasons à l'aide de sonicateurs à sonde haute performance Hielscher est une technique robuste et évolutive pour la production de nano-dispersions de cire stables.
Les systèmes ultrasoniques à sonde Hielscher sont largement utilisés pour le traitement des nanoparticules en raison de leur grande capacité de traitement, de leur contrôle précis des paramètres et de leur évolutivité linéaire. Que vous ayez besoin de préparer des dispersions de nanoparticules de cire par lots ou en production continue en ligne, Hielscher Ultrasonics propose l'installation de sonication idéale : les homogénéisateurs de laboratoire à ultrasons sont l'outil idéal pour la recherche et le développement de produits, tandis que les cellules d'écoulement industrielles à ultrasons permettent la production de nano-dispersions de cire stables répondant aux normes de qualité les plus strictes.
Construits selon les normes de qualité les plus strictes, les ultrasons Hielscher allient robustesse, convivialité et facilité d'intégration dans les processus industriels. Conçus pour résister à des environnements exigeants, ils sont dotés d'une technologie de pointe, certifiés ISO et conformes aux normes CE, UL, CSA et RoHS.
- haute efficacité
- Une technologie de pointe
- fiabilité & Robustesse
- contrôle du processus réglable et précis
- lot & en ligne
- pour tout volume
- logiciel intelligent
- fonctions intelligentes (par exemple, programmables, protocole de données, commande à distance)
- Facile et sûr à utiliser
- Faible entretien
- CIP (clean-in-place)
Le tableau ci-dessous vous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos ultrasons :
| Volume du lot | Débit | Dispositifs recommandés |
|---|---|---|
| 00,5 à 1,5 ml | n.d. | VialTweeter |
| 1 à 500mL | 10 à 200mL/min | UP100H |
| 10 à 2000mL | 20 à 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 à 20L | 0.2 à 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 à 100L | 2 à 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 à 150L | 3 à 15L/min | UIP6000hdT |
| n.d. | 10 à 100L/min | UIP16000hdT |
| n.d. | plus grande | groupe de UIP16000hdT |
Système d'émulsion par ultrasons pour la production industrielle de margarine
Littérature / Références
- 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.
Questions fréquemment posées
Qu'est-ce que la cire ?
La cire est une classe de matériaux organiques hydrophobes composés principalement d'hydrocarbures à longue chaîne, d'esters, d'acides gras et d'alcools. Elles sont solides à température ambiante, ont des points de fusion relativement bas et se ramollissent sous l'effet de la chaleur.
Quels sont les différents types de cires ?
Les différents types de cires comprennent les cires naturelles telles que la cire d'abeille, la cire de carnauba et la cire de candelilla, les cires minérales dérivées du pétrole ou du lignite telles que la paraffine, la cire microcristalline et la cire de montan, et les cires synthétiques telles que le polyéthylène, la cire de Fischer-Tropsch et les cires d'amide.
À quoi servent les cires ?
Les cires sont largement utilisées dans tous les secteurs. Elles protègent les surfaces dans les revêtements et les polis, agissent comme agents structurants et liants dans les cosmétiques et les produits pharmaceutiques, servent d'agents de démoulage et de revêtements protecteurs dans l'industrie alimentaire, et fonctionnent comme lubrifiants, adhésifs et matériaux à changement de phase pour le stockage de l'énergie dans les applications techniques.
Quelle est la polarité des différentes cires ?
La polarité des cires varie en fonction de leur composition chimique. La paraffine et les cires de polyéthylène sont en grande partie non polaires, la cire d'abeille et la cire de carnauba présentent une faible polarité en raison des esters et des acides gras libres, et le montan ou certaines cires synthétiques présentent une polarité modérée en raison des fonctions carboxyliques et amides.
Hielscher Ultrasonics fabrique des homogénéisateurs à ultrasons très performants à partir de laboratoires à taille industrielle.