דיספרסיות של ננו־חלקיקים בשעווה – צרו פורמולציות יציבות!

פיזור ננו־חלקיקים במטריצות שעווה הוא יישום חשוב אך מאתגר בתחומי הציפויים, הקוסמטיקה, התרופות והחומרים משני הפאזה. בשל הצמיגות האופיינית לשעוות מותכות, ההידרופוביות שלהן ונטייתם של ננו־חלקיקים להצטבר לאגלומרטים עקב אנרגיות פנים גבוהות, הכנת דיספרסיה של ננו־חלקיקים בשעווה דורשת ידע מקצועי. מכשירי הסוניקציה של Hielscher מספקים את עוצמת הפיזור, יכולת הבקרה המדויקת ואפשרות הגדלת קנה המידה הנדרשות לייצור דיספרסיות יציבות של ננו־חלקיקים בשעווה במערכות שולחניות ובייצור תעשייתי.

אתגרים בפיזור ננו־חלקיקים בשעווה

ננו־חלקיקים – בין שהם מתכתיים, קרמיים או מבוססי פחמן – יוצרים בקלות אגרגטים עקב אינטראקציות ואן דר ואלס חזקות. בשעווה, אינטראקציות אלה מתחזקות בהיעדר ממסים קוטביים או מייצבים. ערבול מכני או הומוגנייזרים מסוג רוטור־סטטור מתגלים לעיתים קרובות כבלתי מספקים, במיוחד כאשר קוטר הננו־חלקיקים קטן מ־100 nm או כאשר נדרשים ריכוזי חלקיקים גבוהים. דיספרסיה הומוגנית דורשת השקעת אנרגיה המסוגלת לפרק אגלומרטים בקנה מידה ננומטרי, ובו בזמן להרטיב את פני החלקיקים במדיום השעווה.

מנגנון הפיזור האולטרסוני בקנה מידה ננומטרי

היעילות הגבוהה של הפיזור האולטרסוני נובעת ממנגנון הפעולה הייחודי של קוויטציה אקוסטית. מכשירי סוניקציה מסוג גשוש מייצרים כוחות קוויטציה עזים כאשר גלים אולטרסוניים בעוצמה גבוהה ובתדירות נמוכה מתפשטים בנוזל, כגון שעווה מותכת. קריסת בועות במהלך הקוויטציה יוצרת מוקדים חמים מקומיים עם מפלי גזירה קיצוניים, גלי הלם ומיקרו־סילונים. כוחות חולפים אלה מתגברים על ההיצמדות בין החלקיקים ומפרקים ביעילות אגלומרטים של ננו־חלקיקים.
בנוסף, סוניקציה משפרת את הרטבת פני הננו־חלקיקים על ידי השעווה המותכת. הקריסה החוזרת של בועות הקוויטציה מפחיתה את המתח הבין־פאזי ומאפשרת למולקולות השעווה לחדור בין החלקיקים ולייצב אותם באופן סטרי.

יישומים של ננו־דיספרסיות בשעווה המוכנות באמצעות אולטרסאונד

היכולת לפזר ננו־חלקיקים בשעווה באופן הומוגני פותחת אפשרויות למגוון יישומים:

• ציפויים וחומרי הברקה: הוספת ננו־חלקיקי סיליקה או אלומינה משפרת את הקשיות, העמידות בפני שריטות והברק.
• פורמולציות קוסמטיות: ננו־חלקיקי טיטניום דו־חמצני או תחמוצת אבץ מעניקים הגנה מפני קרינת UV, תוך שמירה על שקיפות.
• חומרים משני פאזה (PCMs): גרפן, ננו־צינוריות פחמן או תחמוצות מתכת מגבירים את המוליכות התרמית ומשפרים את יעילות אגירת החום במערכות אנרגיה.
• הובלת תרופות: ננו־חלקיקים ליפופיליים המשובצים בשעווה משמשים כמאגרים לשחרור איטי בפורמולציות לשימוש מקומי או למתן פומי.

דיספרסרים אולטרסוניים לפורמולציות של שעווה וננו־חלקיקים

פיזור אולטרסוני באמצעות מכשירי הסוניקציה עתירי הביצועים של Hielscher מסוג גשוש הוא שיטה עמידה הניתנת להגדלה בקנה מידה, לייצור ננו־דיספרסיות יציבות בשעווה.
מערכות אולטרסוניות של Hielscher מסוג גשוש נמצאות בשימוש נרחב לעיבוד ננו־חלקיקים בזכות יכולת העיבוד הגבוהה שלהן, הבקרה המדויקת על הפרמטרים ואפשרות ההגדלה הליניארית בקנה המידה. בין שאתם צריכים להכין דיספרסיות של ננו־חלקיקים בשעווה באצוות ובין שבייצור רציף בקו, Hielscher Ultrasonics מציעה את מערך הסוניקציה האידיאלי: הומוגנייזרים אולטרסוניים מעבדתיים הם הכלי המושלם למחקר ולפיתוח מוצרים, ואילו תאי זרימה אולטרסוניים תעשייתיים מאפשרים לייצר ננו־דיספרסיות יציבות בשעווה העומדות בתקני האיכות הגבוהים ביותר.
מכשירי הסוניקציה של Hielscher מיוצרים לפי תקני האיכות הגבוהים ביותר ומשלבים עמידות, ידידותיות למשתמש ושילוב קל בתהליכים תעשייתיים. הם מתוכננים לעמוד בסביבות תובעניות, כוללים טכנולוגיה מתקדמת ביותר, מוסמכים לפי ISO ועומדים בדרישות CE, UL, CSA ו־RoHS.

הטבלה שלהלן מספקת אינדיקציה לקיבולת העיבוד המשוערת של מכשירי הסוניקציה שלנו:

ספרות / מקורות

• 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.