Émulsions de cire avec les ultrasons de puissance
Lorsque la cire est dispersée sous forme de nano-gouttelettes avec une distribution très homogène, on obtient des émulsions de cire stables. Les homogénéisateurs à ultrasons génèrent des forces de cisaillement élevées et sont des systèmes fiables et robustes pour produire des nano-émulsions de cire stables. Les homogénéisateurs à haut cisaillement de Hielscher Ultrasonics produisent des émulsions de qualité supérieure pour diverses industries.
Émulsions de cire par ultrasons
Les forces de cisaillement élevées générées par ultrasons fournissent l'énergie nécessaire pour produire des émulsions de cire de taille nanométrique, par exemple des nanoémulsions stables de cire de paraffine.
Les émulsions et dispersions submicroniques et nanométriques peuvent être formulées en utilisant une combinaison de différentes cires afin d'obtenir un produit supérieur avec des fonctionnalités très élevées (par exemple, lubrification, résistance à l'eau, résistance aux rayures, etc.)
Les forces de cisaillement élevées des homogénéisateurs à ultrasons permettent de produire des formulations de cire stables et prêtes à l'emploi avec des particules en équilibre. L'émulsification par ultrasons permet d'obtenir des particules de taille nanométrique et une distribution uniforme.
Système industriel à ultrasons pour la production d'émulsions de cire.
- gouttelettes de très petite taille (moins de 100 nm)
- émulsions stables
- durée de conservation prolongée (stabilité mécanique)
- une plus grande efficacité
- un contrôle précis des processus
Nanoémulsion ultrasonique de cire de paraffine
Comment préparer une émulsion stable de cire de paraffine ?
L'émulsion de cire nanométrique est formulée à partir de paraffine fondue (phase huileuse), d'eau distillée et de SDS anionique comme agent tensioactif. Afin de former un pré-mélange grossier, la cire, l'eau et le tensioactif sont homogénéisés à l'aide d'un agitateur magnétique à 1000 tours/minute. L'agent tensioactif (concentration de 10 mg/ml d'émulsion) et l'eau sont ensuite mélangés dans un bécher et chauffés à une température d'environ 65-70ºC. Ensuite, la cire de paraffine est ajoutée goutte à goutte en conservant une fraction de volume de 0,2 phase huileuse sous agitation magnétique.
Après addition complète de la paraffine, l'émulsion grossièrement prémélangée est sonication avec un homogénéisateur ultrasonique de table UIP1000hdT (1000W, 20kHz) pendant environ 15 minutes. Le processus d'émulsification par ultrasons permet d'obtenir une nanoémulsion de cire d'une très grande stabilité.
En savoir plus sur l'émulsion de cire de paraffine par sonication !
Nano-émulsions ultrasoniques préparées avec le Hielscher UP400St
tensioactifs
Les émulsions de cire peuvent être stabilisées soit par un mécanisme stérique (en utilisant des émulsifiants non ioniques), soit par un mécanisme électrostatique (en utilisant des émulsifiants ioniques, le plus souvent anioniques). La combinaison d'émulsifiants anioniques et non ioniques confère à l'émulsion une stabilité optimale, car les particules de cire sont protégées par les deux mécanismes de stabilisation. C'est ce que l'on appelle le mécanisme de stabilisation électrostatique.
Pour l'émulsification des cires, on peut utiliser divers émulsifiants ou agents de surface, qui peuvent être anioniques, cationiques ou non ioniques. Les tensioactifs les plus couramment utilisés sont les éthoxylates d'alcools gras en tant que tensioactifs non ioniques, car ils offrent une stabilité extraordinaire contre l'eau dure, les chocs de pH et les électrolytes. Pour d'autres caractéristiques spécifiques des matériaux, divers autres agents de surface sont utilisés, par exemple des agents de surface anioniques pour une meilleure hydrophobie ou des agents de surface cationiques pour une meilleure adhérence.
Remarque : Plus les gouttelettes sont petites, plus il faut de surfactant pour couvrir la surface des gouttelettes, car le rapport V/S des sphères est le suivant : S/V = 3/R. Pour toute augmentation x*l ou x*r de la longueur ou du rayon, l'augmentation de la surface est x au carré (x2) et l'augmentation du volume x est cubée (x3).
Formulation avec des émulsions et des dispersions de cire
Les homogénéisateurs à ultrasons ne sont pas seulement utilisés pour former des émulsions ou des dispersions de cire. – ils sont utilisés pour traiter les émulsions de cire dans des étapes ultérieures afin d'incorporer l'émulsion en tant qu'additif dans le produit final (par exemple, les revêtements, les laques, les peintures, les cosmétiques, etc.)
Homogénéisateurs ultrasoniques robustes pour des émulsions de cire stables
Hielscher Ultrasonics est un fournisseur de renommée mondiale d'homogénéisateurs à ultrasons de grande puissance. Nos ultrasons sont reconnus dans le monde entier pour leur fiabilité et leur robustesse. “chevaux de trait” dans l'industrie chimique, pharmaceutique, cosmétique et alimentaire. Les ultrasons industriels Hielscher sont capables de délivrer en continu des amplitudes très élevées allant jusqu'à 200µm (et plus sur demande) afin de générer une cavitation intense et un cisaillement important. Cela permet de produire des nanoémulsions et des dispersions ultrafines avec des distributions de particules très étroites. Nos systèmes à ultrasons de haute puissance vous aident à obtenir une qualité supérieure de vos formulations de cire.
La robustesse des sonicateurs Hielscher leur permet de fonctionner 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, dans des conditions difficiles et dans des environnements exigeants.
Sonicateur à sonde UP400St pour la préparation d'émulsions de cire stables.
| Volume du lot | Débit | Dispositifs recommandés |
|---|---|---|
| 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 |
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Homogénéisateur à ultrasons puissant de 1,5 kW UIP15000hdT avec cellule d'écoulement pour l'émulsification en ligne.
Littérature / Références
- 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.
Qu'il faut savoir
Qu'est-ce que la cire ? À quoi servent les cires ?
Les cires sont définies comme une classe variée de composés organiques qui sont des solides hydrophobes et malléables à des températures proches de la température ambiante. Les cires sont composées de divers éléments, notamment d'hydrocarbures (alcanes et alcènes normaux ou ramifiés), de cétones, de dicétones, d'alcools primaires et secondaires, d'aldéhydes, d'esters de stérols, d'acides alcaniques, de terpènes (squalène) et de monoesters (esters de cire). La composition chimique des cires est complexe et variable, mais en général, les cires contiennent une proportion relativement élevée d'alcanes et les hydrocarbures ont des chaînes de carbone longues ou très longues (de 12 à environ 38 atomes de carbone). Elles sont solides dans une large gamme de températures (point de fusion entre 60°C et 100°C). Lorsqu'ils sont fondus, ils se transforment en un liquide de faible viscosité.
Elles se caractérisent par leur insolubilité dans l'eau mais leur solubilité dans les solvants organiques non polaires. On distingue les cires naturelles (d'origine végétale ou animale), les cires semi-synthétiques et les cires synthétiques.
Pour la production commerciale de cires, le pétrole brut est la principale source.
Les deux principaux types de cires de pétrole sont la paraffine et les cires microcristallines :
Cires de paraffine se caractérise principalement par une consistance solide blanche, inodore, insipide et cireuse, avec un point de fusion typique compris entre 46°C et 68°C (115°F et 154°F), et une densité d'environ 900 kg/m3. Elle a une structure macrocristalline et est insoluble dans l'eau, mais soluble dans l'éther, le benzène et certains esters. Les paraffines sont dérivées du pétrole brut et contiennent entre 20 et 40 atomes de carbone.
Cire microcristallineégalement connu sous le nom de pétrolatum, est utilisé pour de nombreuses applications en raison de son odeur, de sa couleur, de sa teneur en huile, de sa consistance et de sa capacité à lier l'huile.
Cires d'α-oléfines sont soit dérivées synthétiquement de l'éthylène par la synthèse Fischer-Tropsch avec un catalyseur Ziegler-Natta, soit par l'oligomérisation de l'éthylène. Les cires d'alpha-oléfines sont le plus souvent utilisées dans les additifs pour huiles de graissage, les lubrifiants pour PVC, les bougies, les produits chimiques pour le forage pétrolier et les cosmétiques.
Cire de polyéthylène (PE-WAX) est un polyéthylène de très faible poids moléculaire (ULMWPE) constitué de chaînes de monomères d'éthylène. cire de polypropylène (PP-WAX) est une résine synthétique cristalline de faible poids moléculaire.
Les cires d'olyéthylène et de polypropylène sont des homopolymères et sont principalement utilisées pour la formulation de colorants pour plastiques.
Cires copolymères tels que les dérivés de l'éthylène-acétate de vinyle (EVA) et de l'acide éthylène-acrylique (EAA) sont largement répandus dans les formulations de revêtements, par exemple les couches de base métalliques.
Les cires et les additifs de cire sont largement utilisés pour conférer à un produit des propriétés de lubrification/glissance, de rhéologie, de résistance à l'abrasion, d'anti-blocage/barrière, de polissage ou de matage, de résistance à l'oxydation et/ou d'hydrofugation.
Les cires sont un composant largement utilisé dans de nombreuses industries, notamment dans la production de produits chimiques (par exemple, les cires fines). & chimie de spécialité), revêtements, peintures & encres, additifs & modificateurs, adhésifs, plastiques & PVC, pneus & caoutchoucs, construction & bâtiment, dispositifs de contrôle thermostatique, emballages, produits alimentaires et cosmétiques.
Cires naturelles :
- Cires animales : cire d'abeille, lanoline, suif, gomme-laque, spermaceti
- Cires végétales : carnauba, candelilla, soja, ricin, son de riz, bayberry, jojoba, etc.
Cires minérales :
- Cires fossiles : Cérésine, Montan, Ozocérite, Cire de tourbe
- Cires de pétrole : paraffine, cires microcristallines, par exemple pétrolatum.
Cires synthétisées :
Cires synthétiques : polymères éthyléniques, par exemple polyéthylène & éthers de polyol ; cires de polyoléfines ; cires d'amides d'acides gras ; naphtalènes chlorés ; type d'hydrocarbures, par exemple Fischer-Tropsch.
Qu'est-ce qu'une émulsion de cire ?
Une émulsion / dispersion de cire est un mélange stable d'une ou plusieurs cires dans l'eau. Les cires et les liquides aqueux n'étant normalement pas miscibles, des agents tensioactifs et un processus de mélange sophistiqué, par exemple par ultrasons, sont nécessaires pour former une émulsion de cire stable. En termes corrects, une émulsion de cire doit être appelée une dispersion de cire, car les cires sont solides à température ambiante. Mais comme les émulsions / dispersions de cire sont préparées avec des cires fondues, les termes “émulsification” et “émulsion de cire” sont le plus souvent utilisés pour les formulations de cires aqueuses, tandis que le terme “dispersion de cire” décrit principalement une formulation de cire à base de solvant.
Qu'est-ce qu'une émulsion ?
Une émulsion est une dispersion liquide dans liquide de deux ou plusieurs liquides non miscibles.
Une émulsion peut se présenter sous différentes formes : w/o, o/w, w/o/w, o/w/o.
Le type d'émulsion (w/o ou o/w) peut être examiné par un test de dilution. L'émulsion ne peut être diluée qu'avec la phase continue/externe. Une autre méthode pour identifier le type d'émulsion est le test de conductivité. Les émulsions ioniques p/p ne sont pas conductrices, tandis que les émulsions p/p conduisent le courant électrique.
Pour l'utilisation du CoCl2 test du papier filtre, un papier filtre est imprégné de CoCl2 et séché (couleur bleue). La couleur de l'échantillon de CoCl2 Le papier filtre devient rose lorsqu'une émulsion o/w est ajoutée.
Hielscher Ultrasonics fabrique des homogénéisateurs à ultrasons très performants à partir de laboratoires à taille industrielle.