Disperzije nanočestica u vosku – Napravite stabilne formulacije!
Disperzija nanočestica u voštane matrice važna je, ali izazovna primjena u premazima, kozmetici, farmaceutskim proizvodima i materijalima s promjenom faze. S obzirom na intrinzičnu viskoznost rastaljenih voskova, njihovu hidrofobnost i sklonost nanočestica da se aglomeriraju zbog visokih površinskih energija, priprema disperzije nanočestica i voska zahtijeva znanje. Hielscher sonicatori pružaju snagu raspršivanja, preciznu upravljivost i skalabilnost za proizvodnju stabilnih disperzija nanočestica i voska u stolnoj i industrijskoj proizvodnji.
Izazovi u disperziji nanočestica u vosak
nanočestice – bilo da je metalna, keramička ili na bazi ugljika – lako tvore agregate zbog snažnih van der Waalsovih interakcija. U vosku se te interakcije pogoršavaju nedostatkom polarnih otapala ili stabilizatora. Mehaničko miješanje ili homogenizatori rotora-statora često se pokažu nedovoljnima, osobito kada su nanočestice promjera ispod 100 nm ili kada su potrebna velika opterećenja. Homogena disperzija zahtijeva unos energije koji može razbiti aglomerate na nanoskali, dok istovremeno vlaži površinu čestica voštanim medijem.
Sonikatori tipa Hielscher sonde proizvode stabilne nanoemulzije parafinskog voska.
Mehanizam ultrazvučne nano-disperzije
Značajna učinkovitost ultrazvučne disperzije leži u jedinstvenom radnom mehanizmu akustične kavitacije. Sonikatori tipa sonde stvaraju intenzivne kavitacijske sile kada se visokointenzivni, niskofrekventni ultrazvučni valovi šire tekućinom, npr. rastopljenim voskom. Kolaps mjehurića tijekom kavitacije stvara lokalizirane žarišne točke s ekstremnim gradijentima smicanja, udarnim valovima i mikromlazovima. Ove prolazne sile prevladavaju adheziju između čestica i učinkovito deaglomeriraju nakupine nanočestica.
Osim toga, ultrazvuk pojačava vlaženje površina nanočestica talinom voska. Opetovano urušavanje kavitacijskih mjehurića smanjuje međufaznu napetost, omogućujući molekulama voska da prodru između čestica i sterički ih stabiliziraju.
Primjene za ultrazvučno pripremljene voštane nanodisperzije
Sposobnost homogene disperzije nanočestica u vosku otvara puteve za višestruke primjene:
- Premazi i lakovi: Dodatak nanočestica silicijevog dioksida ili glinice povećava tvrdoću, otpornost na ogrebotine i sjaj.
- Kozmetičke formulacije: Nanočestice titanijevog dioksida ili cinkovog oksida daju UV zaštitu, zadržavajući prozirnost.
- Materijali s promjenom faze (PCM): Grafen, ugljične nanocijevi ili metalni oksidi povećavaju toplinsku vodljivost, poboljšavajući učinkovitost skladištenja topline u energetskim sustavima.
- Dostava lijekova: Lipofilne nanočestice ugrađene u vosak djeluju kao rezervoari sa sporim otpuštanjem u lokalnim ili oralnim formulacijama.
Ultrazvučni raspršivači za formulacije voska i nanočestica
Ultrazvučna disperzija korištenjem Hielscher visokoučinkovitih sondnih sonikatora robusna je i skalabilna tehnika za proizvodnju stabilnih voštanih nano-disperzija.
Hielscher ultrazvučni sustavi tipa sonde naširoko se koriste za obradu nanočestica zbog svoje visoke sposobnosti obrade, precizne kontrole parametara i linearne skalabilnosti. Bilo da trebate pripremiti disperzije nanočestica voska u seriji ili u kontinuiranoj linijskoj proizvodnji, Hielscher Ultrasonics nudi idealnu postavku ultrazvučnosti: ultrazvučni laboratorijski homogenizatori savršen su alat za istraživanje i razvoj proizvoda, dok ultrazvučne industrijske protočne ćelije omogućuju proizvodnju stabilnih voštanih nano-disperzija koje zadovoljavaju najviše standarde kvalitete.
Izrađeni prema najvišim standardima kvalitete, Hielscher ultrazvučni uređaji kombiniraju robusnost, jednostavnost korištenja i jednostavnu integraciju u industrijske procese. Dizajnirani da izdrže zahtjevna okruženja, imaju najsuvremeniju tehnologiju, imaju ISO certifikat i u skladu su sa zahtjevima CE, UL, CSA i RoHS.
- visoka efikasnost
- Najnovija tehnologija
- pouzdanost & robusnost
- podesiva, precizna kontrola procesa
- serija & u redu
- za bilo koji volumen
- inteligentni softver
- pametne značajke (npr. programabilno, protokoliranje podataka, daljinsko upravljanje)
- jednostavan i siguran za rukovanje
- slabo održavanje
- CIP (čišćenje na mjestu)
Donja tablica daje vam naznaku približnog kapaciteta obrade naših ultrazvučnih uređaja:
| Volumen serije | Protok | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 0.5 do 1,5 ml | na | VialTweeter |
| 1 do 500 ml | 10 do 200 ml/min | UP100H |
| 10 do 2000 ml | 20 do 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 do 20L | 0.2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100l | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 do 150L | 3 do 15L/min | UIP6000hdT |
| na | 10 do 100L/min | UIP16000hdT |
| na | veći | klaster od UIP16000hdT |
Ultrazvučni sustav za emulgiranje za industrijsku proizvodnju margarina
Literatura / Reference
- 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.
Često postavljana pitanja
Što je vosak?
Vosak je klasa organskih, hidrofobnih materijala koji se uglavnom sastoje od dugolančanih ugljikovodika, estera, masnih kiselina i alkohola. Čvrsti su na sobnoj temperaturi, imaju relativno niska tališta i pokazuju omekšavanje nakon zagrijavanja.
Koje su različite vrste voskova?
Različite vrste voskova uključuju prirodne voskove kao što su pčelinji vosak, karnauba i kandelila, mineralne voskove dobivene iz nafte ili lignita kao što su parafin, mikrokristalni i montanski vosak te sintetičke voskove kao što su polietilen, Fischer-Tropsch i amidni voskovi.
Za što se koriste voskovi?
Voskovi se široko koriste u svim industrijama. Pružaju površinsku zaštitu u premazima i lakovima, djeluju kao sredstva za strukturiranje i vezivo u kozmetici i farmaceutskim proizvodima, služe kao sredstva za oslobađanje i zaštitni premazi u prehrambenoj industriji te funkcioniraju kao maziva, ljepila i materijali s promjenom faze za pohranu energije u tehničkim primjenama.
Koliki je polaritet različitih voskova?
Polaritet voskova varira ovisno o njihovom kemijskom sastavu. Parafinski i polietilenski voskovi uglavnom su nepolarni, pčelinji vosak i karnauba vosak pokazuju slab polaritet zbog estera i slobodnih masnih kiselina, a montanski ili određeni sintetski voskovi pokazuju umjereni polaritet zbog karboksilnih i amidnih funkcija.
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi od laboratorija do industrijska veličina.