תחליבי שעווה באמצעות אולטרסאונד רב עוצמה
כאשר שעווה מפוזרת כטיפות ננומטריות בהתפלגות אחידה מאוד, מתקבל תחליב שעווה יציב. הומוגנייזרים אולטרסוניים מייצרים כוחות גזירה גבוהים ומהווים מערכות אמינות ועמידות לייצור ננו-תחליבי שעווה יציבים. ההומוגנייזרים של Hielscher Ultrasonics, הפועלים בכוחות גזירה גבוהים, מספקים תחליבים באיכות מעולה למגוון תעשיות.
תחליבי שעווה אולטרסוניים
כוחות גזירה גבוהים הנוצרים באמצעות אולטרסאונד מספקים את האנרגיה הדרושה לייצור תחליבי שעווה בגודל ננומטרי, למשל ננו-תחליבים יציבים של שעוות פרפין.
ניתן להכין תחליבים ודיספרסיות תת-מיקרוניים וננומטריים באמצעות שילוב של שעוות שונות, כדי לקבל מוצר באיכות מעולה בעל תכונות תפקודיות גבוהות מאוד (למשל סיכה, עמידות למים, עמידות לשריטות וכו').
כוחות הגזירה הגבוהים של הומוגנייזרים אולטרסוניים מאפשרים לייצר פורמולציות שעווה יציבות ומוכנות לשימוש, שבהן החלקיקים נמצאים בשיווי משקל. התחלוב האולטרסוני מניב חלקיקים בגודל ננומטרי והתפלגות אחידה.
מערכת אולטרסונית תעשייתית לעיבוד בזרימה רציפה לייצור תחליבי שעווה.
- טיפות קטנות מאוד בגודל של פחות מ-100nm
- תחליבים יציבים
- חיי מדף ממושכים (יציבות מכנית)
- יעילות גבוהה יותר
- בקרת תהליך מדויקת
ננו-תחליב אולטרסוני של שעוות פרפין
כיצד להכין תחליב יציב של שעוות פרפין
תחליב השעווה הננומטרי מורכב משעוות פרפין מותכת (כפאזה שמנית), מים מזוקקים ו-SDS אניוני כחומר פעיל שטח. כדי ליצור תערובת מקדימה גסה, מבצעים הומוגניזציה של השעווה, המים והחומר פעיל השטח באמצעות בוחש מגנטי במהירות של 1000 rpm. לשם כך מערבבים בכוס מעבדה את החומר פעיל השטח (בריכוז של 10 mg/ml תחליב) ואת המים, ומחממים לכ-65–70ºC. לאחר מכן מוסיפים את שעוות הפרפין בטפטוף, תוך שמירה על שבר נפחי של 0.2 של הפאזה השמנית ותוך בחישה מגנטית.
לאחר השלמת הוספת שעוות הפרפין, התחליב שעורבב מראש באופן גס עובר סוניקציה באמצעות הומוגנייזר אולטרסוני שולחני UIP1000hdT (1000W, 20kHz) במשך כ-15 min. תהליך התחלוב האולטרסוני מניב ננו-תחליב שעווה בעל יציבות גבוהה מאוד.
קראו עוד על תחליב שעוות פרפין באמצעות סוניקציה!
ננו-תחליבים אולטרסוניים שהוכנו באמצעות Hielscher UP400St
חומרים פעילי שטח
ניתן לייצב תחליבי שעווה באמצעות מנגנון סטרי (בעזרת מתחלבים לא-יוניים) או באמצעות מנגנון אלקטרוסטטי (בעזרת מתחלבים יוניים, לרוב אניוניים). שילוב של מתחלבים אניוניים ולא-יוניים מעניק לתחליב יציבות מיטבית, משום שחלקיקי השעווה מוגנים באמצעות שני מנגנוני הייצוב. מנגנון זה נקרא מנגנון ייצוב אלקטרו-סטרי.
לתחלוב שעוות ניתן להשתמש במגוון מתחלבים או חומרים פעילי שטח, שיכולים להיות אניוניים, קטיוניים או לא-יוניים. החומרים פעילי השטח הנפוצים ביותר הם אתוקסילטים של אלכוהולים שומניים, המשמשים כחומרים פעילי שטח לא-יוניים, מכיוון שהם מציעים יציבות יוצאת דופן בפני מים קשים, שינויים חדים ב-pH ואלקטרוליטים. להשגת תכונות חומר מסוימות אחרות משתמשים בחומרים שונים נוספים, למשל חומרים פעילי שטח אניוניים לשיפור ההידרופוביות או חומרים פעילי שטח קטיוניים לשיפור ההיצמדות.
הערה: ככל שהטיפות קטנות יותר, נדרשת כמות גדולה יותר של חומר פעיל שטח לכיסוי פני הטיפות, מכיוון שיחס V/S של כדורים הוא כדלקמן: S/V = 3/R. בכל הגדלה של האורך או הרדיוס ל-x*l או ל-x*r, שטח הפנים גדל פי x בריבוע (x2) והנפח גדל פי x בשלישית (x3).
הכנת פורמולציות עם תחליבי שעווה ודיספרסיות שעווה
הומוגנייזרים אולטרסוניים משמשים לא רק ליצירת תחליבי שעווה / דיספרסיות שעווה – הם משמשים גם לעיבוד תחליבי השעווה בשלבים נוספים, כדי לשלב את התחליב כתוסף במוצר הסופי (למשל ציפויים, לכות, צבעים, מוצרי קוסמטיקה וכו').
הומוגנייזרים אולטרסוניים לעבודה בעומס כבד לייצור תחליבי שעווה יציבים
Hielscher Ultrasonics היא ספקית בעלת מוניטין עולמי של הומוגנייזרים אולטרסוניים בהספק גבוה. המכשירים האולטרסוניים שלנו משמשים ברחבי העולם כ"סוסי עבודה" אמינים ועמידים בתעשיות הכימיקלים, התרופות, הקוסמטיקה והמזון. המכשירים האולטרסוניים התעשייתיים של Hielscher מסוגלים לספק ברציפות משרעות גבוהות מאוד של עד 200µm (וגבוהות יותר לפי דרישה), כדי ליצור קוויטציה עזה וגזירה בעוצמה גבוהה. כתוצאה מכך מתקבלים ננו־תחליבים ודיספרסיות עדינים במיוחד עם התפלגויות חלקיקים צרות מאוד. מערכות האולטרסאונד שלנו בהספק גבוה מסייעות לכם להשיג איכות מעולה של פורמולציות השעווה שלכם.
העמידות של מכשירי הסוניקציה של Hielscher מאפשרת הפעלה 24/7 בעומסי עבודה כבדים ובסביבות תובעניות.
מכשיר סוניקציה מסוג גשוש UP400St להכנת תחליבי שעווה יציבים.
| נפח אצווה | ספיקת זרימה | מכשירים מומלצים |
|---|---|---|
| 1 עד 500mL | 10 עד 200mL/min | UP100H |
| 10 עד 2000mL | 20 עד 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 עד 20L | 0.2 עד 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 עד 100L | 2 עד 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 עד 150L | 3 עד 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 עד 100L/min | UIP16000hdT |
| n.a. | גבוהה יותר | אשכול של UIP16000hdT |
צרו איתנו קשר! / שאלו אותנו!
הומוגנייזר אולטרסוני רב־עוצמה UIP15000hdT בהספק 1.5kW עם תא זרימה לתחלוב בקו הייצור.
ספרות / מקורות
- 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.
עובדות שכדאי לדעת
מהי שעווה? למה משמשות שעוות?
שעוות מוגדרות כקבוצה מגוונת של תרכובות אורגניות שהן מוצקים הידרופוביים הניתנים לעיצוב בטמפרטורות הקרובות לטמפרטורת הסביבה. שעוות מורכבות ממרכיבים שונים, ובהם פחמימנים (אלקאנים ואלקנים ישרי שרשרת או מסועפים), קטונים, דיקטונים, כוהלים ראשוניים ושניוניים, אלדהידים, אסטרים של סטרולים, חומצות אלקאנואיות, טרפנים (סקוואלן) ומונואסטרים (אסטרים של שעווה). ההרכב הכימי של שעוות מורכב ומשתנה, אך בדרך כלל שעוות מכילות שיעור גבוה יחסית של אלקאנים, ולפחמימנים יש שרשראות פחמן ארוכות או ארוכות מאוד (מ־12 ועד כ־38 אטומי פחמן). הן מוצקות בטווח רחב של טמפרטורות (נקודת התכה בין 60°C ל־100°C). בהתכה הן הופכות לנוזל בעל צמיגות נמוכה.
הן מתאפיינות באי־מסיסות במים, אך במסיסות בממסים אורגניים לא קוטביים. ניתן להבחין בין שעוות טבעיות (ממקור צמחי או מן החי), שעוות סינתטיות למחצה ושעוות סינתטיות.
נפט גולמי הוא המקור העיקרי לייצור מסחרי של שעוות.
שני הסוגים החשובים ביותר של שעוות נפט הם שעוות פרפין ושעוות מיקרוגבישיות:
שעוות פרפין מתאפיינות לרוב במרקם של מוצק שעוותי לבן, חסר ריח וחסר טעם, עם נקודת התכה אופיינית בין 46°C ל־68°C (115°F ו־154°F), וצפיפות של כ־900 kg/m3. יש להן מבנה מקרוגבישי והן אינן מסיסות במים, אך מסיסות באתר, בבנזן ובאסטרים מסוימים. שעוות פרפין מופקות מנפט גולמי ומכילות בין 20 ל־40 אטומי פחמן.
שעווה מיקרוגבישית, המוכרת גם בשם פטרולטום, משמשת למגוון יישומים בזכות ריחה, צבעה, תכולת השמן שלה, מרקמה ותכונתה לקשור שמן.
שעוות α-אולפין מופקות באופן סינתטי מאתילן באמצעות סינתזת Fischer-Tropsch עם זרז Ziegler-Natta, או באמצעות אוליגומריזציה של אתילן. שעוות אלפא־אולפין משמשות לרוב בתוספים לשמני סיכה, בחומרי סיכה ל־PVC, בנרות, בכימיקלים לקידוחי נפט ובמוצרי קוסמטיקה.
שעוות פוליאתילן (PE-WAX) היא פוליאתילן בעל משקל מולקולרי נמוך במיוחד (ULMWPE), המורכב משרשראות של מונומרי אתילן. שעוות פוליפרופילן (PP-WAX) היא שרף סינתטי גבישי בעל משקל מולקולרי נמוך.
גם שעוות פוליאתילן וגם שעוות פוליפרופילן הן הומופולימרים, ומשמשות בעיקר להכנת פורמולציות של חומרי צבע לפלסטיק.
שעוות קופולימריות כגון נגזרות של אתילן ויניל אצטט (EVA) ושל אתילן וחומצה אקרילית (EAA), נפוצות מאוד בפורמולציות של ציפויים, למשל שכבות בסיס מטאליות.
שעוות ותוספי שעווה נמצאים בשימוש נרחב כדי להקנות למוצר סיכוך/החלקה, תכונות ראולוגיות, עמידות בשחיקה, מניעת הידבקות/תכונות מחסום, ברק או גימור מט, עמידות בחמצון ו/או דחיית מים.
שעוות הן רכיב נפוץ בתעשיות רבות, כגון ייצור כימיקלים (למשל כימיקלים עדינים ומיוחדים), ציפויים, צבעים ודיו, תוספים ומשפרי תכונות, דבקים, פלסטיק ו-PVC, צמיגים וגומי, בנייה, התקני בקרה תרמוסטטיים, אריזות, מזון ותמרוקים.
שעוות טבעיות:
- שעוות מן החי: שעוות דבורים, לנולין, חֵלֶב, שלאק, ספרמצטי
- שעוות צמחיות: קרנאובה, קנדלילה, סויה, קיק, סובין אורז, מיריקה, חוחובה וכו'.
שעוות מינרליות:
- שעוות מאובנות: צרזין, מונטן, אוזוקריט, שעוות כבול
- שעוות נפט: פרפין, שעוות מיקרו-גבישיות, למשל פטרולטום
שעוות המיוצרות בסינתזה:
שעוות סינתטיות: פולימרים של אתילן, למשל פוליאתילן ואסטרים אתריים של פוליאולים; שעוות פוליאולפיניות; שעוות של אמידים של חומצות שומן; נפתלנים מוכלרים; שעוות מסוג פחמימני, למשל פישר-טרופש.
מהו תחליב שעווה?
תחליב שעווה / תרחיף שעווה הוא תערובת יציבה של שעווה אחת או כמה שעוות במים. מכיוון ששעוות ונוזלים מימיים בדרך כלל אינם מתערבבים זה בזה, נדרשים חומרים פעילי שטח ותהליך ערבוב מתוחכם, למשל אולטרסאונד רב-עוצמה, כדי ליצור תחליב שעווה יציב. מבחינה מינוחית מדויקת, יש לכנות תחליב שעווה בשם תרחיף שעווה, מכיוון ששעוות הן מוצקות בטמפרטורת החדר. אולם מכיוון שתחליבי שעווה / תרחיפי שעווה מוכנים משעוות מותכות, המונחים "תחלוב" ו"תחליב שעווה" הם הנפוצים ביותר לתיאור פורמולציות שעווה מימיות, ואילו המונח "תרחיף שעווה" מתאר לרוב פורמולציית שעווה על בסיס ממס.
מהו תחליב
תחליב הוא פיזור של נוזל בנוזל, המורכב משני נוזלים או יותר שאינם מתערבבים זה בזה.
תחליב יכול להופיע בסוגים שונים: w/o, o/w, w/o/w, o/w/o
ניתן לבדוק את סוג התחליב (w/o או o/w) באמצעות בדיקת דילול. ניתן לדלל את התחליב רק בפאזה הרציפה / החיצונית. שיטה נוספת לזיהוי סוג התחליב היא בדיקת מוליכות. תחליבי o/w יוניים אינם מוליכים, ואילו תחליבי o/w מוליכים זרם חשמלי.
לצורך בדיקת נייר הסינון עם CoCl2 , מספיגים נייר סינון ב-CoCl2 ומייבשים אותו (צבע כחול). צבעו של נייר הסינון הספוג ב-CoCl2 הופך לוורוד כאשר מוסיפים תחליב o/w.
