Disperzije nanočestica u vosku – pripremite stabilne formulacije!
Dispergiranje nanočestica u voštane matrice važna je, ali zahtjevna primjena u području premaza, kozmetike, farmaceutskih proizvoda i materijala s faznom promjenom. S obzirom na svojstvenu viskoznost rastaljenih voskova, njihovu hidrofobnost i sklonost nanočestica aglomeraciji zbog visokih površinskih energija, priprema disperzija nanočestica u vosku zahtijeva stručno znanje. Sonikatori Hielscher pružaju snagu dispergiranja, preciznu upravljivost i skalabilnost za proizvodnju stabilnih disperzija nanočestica u vosku u stolnim sustavima i industrijskoj proizvodnji.
Izazovi pri dispergiranju nanočestica u vosak
Nanočestice – bilo metalne, keramičke ili na bazi ugljika – lako stvaraju agregate zbog snažnih van der Waalsovih interakcija. U vosku se te interakcije pojačavaju zbog nedostatka polarnih otapala ili stabilizatora. Mehaničko miješanje ili homogenizatori s rotorom i statorom često se pokažu nedostatnima, osobito kada je promjer nanočestica manji od 100 nm ili kada su potrebni visoki udjeli nanočestica. Homogena disperzija zahtijeva unos energije koji može razbiti aglomerate na nanorazini uz istodobno kvašenje površine čestica voštanim medijem.
Sonikatori Hielscher sa sondom proizvode stabilne nanoemulzije parafinskog voska.
Mehanizam ultrazvučnog nanodispergiranja
Visoka učinkovitost ultrazvučnog dispergiranja proizlazi iz jedinstvenog mehanizma djelovanja akustične kavitacije. Sonikatori sa sondom stvaraju snažne kavitacijske sile kada se ultrazvučni valovi visokog intenziteta i niske frekvencije šire kroz tekućinu, primjerice rastaljeni vosak. Kolaps mjehurića tijekom kavitacije stvara lokalizirana područja visoke temperature s ekstremnim gradijentima smicanja, udarnim valovima i mikromlazovima. Te kratkotrajne sile nadvladavaju adheziju među česticama i učinkovito razbijaju nakupine nanočestica.
Osim toga, ultrazvučna obrada poboljšava kvašenje površina nanočestica talinom voska. Ponavljani kolaps kavitacijskih mjehurića smanjuje međufaznu napetost, omogućujući molekulama voska da prodru između čestica i sterički ih stabiliziraju.
Primjene ultrazvučno pripremljenih nanodisperzija voska
Mogućnost homogenog dispergiranja nanočestica u vosku otvara put brojnim primjenama:
- Premazi i sredstva za poliranje: Dodavanje nanočestica silicijeva dioksida ili aluminijeva oksida povećava tvrdoću, otpornost na ogrebotine i sjaj.
- Kozmetičke formulacije: Nanočestice titanijeva dioksida ili cinkova oksida pružaju UV zaštitu uz očuvanje prozirnosti.
- Materijali s faznom promjenom (PCM): Grafen, ugljikove nanocijevi ili metalni oksidi povećavaju toplinsku vodljivost, poboljšavajući učinkovitost pohrane topline u energetskim sustavima.
- Isporuka lijekova: Lipofilne nanočestice ugrađene u vosak djeluju kao spremnici s polaganim otpuštanjem u formulacijama za topikalnu ili oralnu primjenu.
Ultrazvučni dispergatori za formulacije voska s nanočesticama
Ultrazvučno dispergiranje visokoučinkovitim sonikatorima Hielscher sa sondom robusna je i skalabilna tehnika za proizvodnju stabilnih nanodisperzija voska.
Ultrazvučni sustavi Hielscher sa sondom široko se primjenjuju za obradu nanočestica zahvaljujući velikom kapacitetu obrade, preciznoj kontroli parametara i linearnoj skalabilnosti. Bilo da trebate pripremati disperzije voska s nanočesticama u šaržama ili u kontinuiranoj protočnoj proizvodnji, Hielscher Ultrasonics nudi idealan sustav za sonikaciju: laboratorijski ultrazvučni homogenizatori savršen su alat za istraživanje i razvoj proizvoda, dok industrijske ultrazvučne protočne ćelije omogućuju proizvodnju stabilnih nanodisperzija voska koje zadovoljavaju najviše standarde kvalitete.
Izrađeni prema najvišim standardima kvalitete, ultrazvučni uređaji Hielscher objedinjuju robusnost, jednostavnost uporabe i lako uključivanje u industrijske procese. Osmišljeni da izdrže zahtjevna okruženja, opremljeni su najsuvremenijom tehnologijom, imaju ISO certifikat i udovoljavaju zahtjevima CE, UL, CSA i RoHS.
- visoka učinkovitost
- najsuvremenija tehnologija
- pouzdanost i robusnost
- prilagodljiva, precizna kontrola procesa
- šaržna i protočna obrada
- za bilo koji volumen
- inteligentan softver
- pametne značajke (npr. mogućnost programiranja, zapisivanje podataka, daljinsko upravljanje)
- jednostavno i sigurno rukovanje
- mali zahtjevi za održavanjem
- CIP (čišćenje na mjestu)
Tablica u nastavku daje okvirni prikaz približnog kapaciteta obrade naših ultrazvučnih uređaja:
| Volumen šarže | Protok | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 0,5 do 1,5mL | n.a. | VialTweeter |
| 1 do 500mL | 10 do 200mL/min | UP100H |
| 10 do 2000mL | 20 do 400mL/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 |
| n.a. | 10 do 100L/min | UIP16000hdT |
| n.a. | veći | skupina uređaja 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?
Voskovi su skupina organskih, hidrofobnih materijala koji se uglavnom sastoje od dugolančanih ugljikovodika, estera, masnih kiselina i alkohola. Pri sobnoj temperaturi su čvrsti, imaju relativno niska tališta i omekšavaju pri zagrijavanju.
Koje su različite vrste voskova?
Različite vrste voskova uključuju prirodne voskove poput pčelinjeg, karnauba i kandelila voska, mineralne voskove dobivene iz nafte ili lignita poput parafinskog, mikrokristalnog i montanskog voska te sintetske voskove poput polietilenskih, Fischer–Tropschovih i amidnih voskova.
Za što se voskovi upotrebljavaju?
Voskovi se široko upotrebljavaju u raznim industrijama. Pružaju površinsku zaštitu u premazima i sredstvima za poliranje, djeluju kao sredstva za strukturiranje i veziva u kozmetici i farmaceutskim proizvodima, služe kao sredstva za odvajanje i zaštitni premazi u prehrambenoj industriji te imaju ulogu maziva, ljepila i materijala s faznom promjenom za pohranu energije u tehničkim primjenama.
Kakva je polarnost različitih voskova?
Polarnost voskova razlikuje se ovisno o njihovu kemijskom sastavu. Parafinski i polietilenski voskovi uglavnom su nepolarni, pčelinji i karnauba vosak pokazuju slabu polarnost zbog estera i slobodnih masnih kiselina, dok montanski ili određeni sintetski voskovi pokazuju umjerenu polarnost zbog karboksilnih i amidnih funkcionalnih skupina.
Hielscher Ultrasonics proizvodi visokoučinkovite ultrazvučne homogenizatore u veličinama od laboratorijskih do industrijskih.