Dispersions de nanoparticules dans la cire – Créez des formulations stables !

La dispersion de nanoparticules dans des matrices de cire est une application importante, mais difficile, dans les revêtements, les cosmétiques, les produits pharmaceutiques et les matériaux à changement de phase. Compte tenu de la viscosité intrinsèque des cires fondues, de leur hydrophobie et de la tendance des nanoparticules à s’agglomérer en raison de leurs énergies de surface élevées, la préparation de dispersions nanoparticules-cire exige un savoir-faire. Les sonicateurs Hielscher offrent la puissance de dispersion, la précision de contrôle et l’évolutivité nécessaires à la production de dispersions nanoparticules-cire stables, aussi bien sur paillasse qu’en production industrielle.

Les défis de la dispersion de nanoparticules dans la cire

Les nanoparticules – qu’elles soient métalliques, céramiques ou à base de carbone – forment facilement des agrégats en raison de fortes interactions de van der Waals. Dans la cire, ces interactions sont exacerbées par l’absence de solvants polaires ou de stabilisants. L’agitation mécanique ou les homogénéisateurs 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 simultanément la surface des particules avec le milieu cireux.

Mécanisme de la nanodispersion par ultrasons

L’efficacité remarquable de la dispersion par ultrasons repose sur le mécanisme d’action 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 à travers un liquide, par exemple de la cire fondue. L’implosion des bulles lors de la cavitation produit des points chauds localisés présentant des gradients de cisaillement extrêmes, des ondes de choc et des microjets. Ces forces transitoires surmontent l’adhésion interparticulaire et désagglomèrent efficacement les amas de nanoparticules.
En outre, la sonication améliore le mouillage des surfaces des nanoparticules par la cire fondue. L’implosion répétée 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 multiples applications :

• Revêtements et produits lustrants : 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 confèrent une protection UV tout en préservant la transparence.
• Matériaux à changement de phase (MCP) : Le graphène, les nanotubes de carbone ou les oxydes métalliques augmentent la conductivité thermique, ce qui améliore l’efficacité du stockage de chaleur dans les systèmes énergétiques.
• Administration de médicaments : Les nanoparticules lipophiles incorporées dans la cire agissent comme des réservoirs à libération lente dans les formulations topiques ou orales.

Disperseurs à ultrasons pour formulations cire-nanoparticules

La dispersion par ultrasons à l’aide des sonicateurs à sonde haute performance Hielscher est une technique robuste et évolutive pour la production de nanodispersions de cire stables.
Les systèmes à ultrasons à sonde Hielscher sont largement utilisés pour le traitement des nanoparticules en raison de leur grande capacité de traitement, du contrôle précis des paramètres et de leur évolutivité linéaire. Que vous ayez besoin de préparer des dispersions cire-nanoparticules en batch ou en production continue en ligne, Hielscher Ultrasonics propose la configuration de sonication idéale : les homogénéisateurs à ultrasons de laboratoire sont l’outil parfait pour la recherche et le développement de produits, tandis que les cellules à circulation à ultrasons industrielles permettent la production de nanodispersions de cire stables répondant aux normes de qualité les plus élevées.
Construits selon les normes de qualité les plus élevées, les ultrasonicateurs Hielscher allient robustesse, convivialité et intégration aisée dans les processus industriels. Conçus pour résister à des environnements exigeants, ils intègrent une technologie de pointe, sont certifiés ISO et sont conformes aux exigences CE, UL, CSA et RoHS.

Le tableau ci-dessous vous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos ultrasonicateurs :

Bibliographie / 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.