Emulzije voska primjenom ultrazvuka velike snage
Kada se vosak dispergira u obliku nanokapljica s vrlo homogenom raspodjelom, dobiva se stabilna emulzija voska. Ultrazvučni homogenizatori stvaraju velike smične sile te su pouzdani i robusni sustavi za proizvodnju stabilnih nanoemulzija voska. Homogenizatori tvrtke Hielscher Ultrasonics s velikim smičnim silama omogućuju dobivanje vrhunskih emulzija za različite industrije.
Ultrazvučne emulzije voska
Velike smične sile stvorene ultrazvukom osiguravaju energiju potrebnu za proizvodnju emulzija voska s kapljicama nanometarskih veličina, npr. stabilnih nanoemulzija parafinskog voska.
Submikronske i nanoemulzije i disperzije mogu se formulirati kombiniranjem različitih voskova kako bi se dobio vrhunski proizvod s vrlo izraženim funkcionalnim svojstvima (npr. podmazivanje, vodootpornost, otpornost na ogrebotine itd.).
Velike smične sile ultrazvučnih homogenizatora omogućuju proizvodnju stabilnih formulacija voska spremnih za upotrebu s česticama u ravnoteži. Ultrazvučnim emulgiranjem dobivaju se čestice nanometarskih veličina i ujednačena raspodjela.
Industrijski ultrazvučni protočni sustav za proizvodnju emulzija voska.
- vrlo male kapljice veličine manje od 100nm
- stabilne emulzije
- produljeni rok trajanja (mehanička stabilnost)
- veća učinkovitost
- precizna kontrola procesa
Ultrazvučna nanoemulzija parafinskog voska
Kako pripremiti stabilnu emulziju parafinskog voska
Emulzija voska s kapljicama nanometarskih veličina formulira se od rastaljenog parafinskog voska (kao uljne faze), destilirane vode i anionskog SDS-a kao površinski aktivne tvari. Kako bi se dobila gruba predsmjesa, vosak, voda i površinski aktivna tvar homogeniziraju se magnetskom miješalicom pri 1000 rpm. U tu se svrhu površinski aktivna tvar (koncentracija 10 mg/ml emulzije) i voda miješaju u laboratorijskoj čaši i zagrijavaju na približno 65–70ºC. Zatim se parafinski vosak dodaje kap po kap uz održavanje volumnog udjela uljne faze od 0,2 i magnetsko miješanje.
Nakon što se doda sav parafinski vosak, grubo prethodno izmiješana emulzija se sonicira stolnim ultrazvučnim homogenizatorom UIP1000hdT (1000W, 20kHz) približno 15 min. Postupkom ultrazvučnog emulgiranja dobiva se nanoemulzija voska vrlo visoke stabilnosti.
Pročitajte više o emulziji parafinskog voska dobivenoj sonikacijom!
Ultrazvučne nanoemulzije pripremljene uređajem Hielscher UP400St
Površinski aktivne tvari
Emulzije voska mogu se stabilizirati steričkim mehanizmom (upotrebom neionskih emulgatora) ili elektrostatskim mehanizmom (upotrebom ionskih emulgatora, najčešće anionskih). Kombiniranje anionskih i neionskih emulgatora osigurava optimalnu stabilnost emulzije jer su čestice voska zaštićene obama mehanizmima stabilizacije. To se naziva elektrosteričkim mehanizmom stabilizacije.
Za emulgiranje voskova mogu se upotrebljavati različiti emulgatori ili površinski aktivne tvari, koji mogu biti anionski, kationski ili neionski. Najčešće upotrebljavane površinski aktivne tvari su etoksilati masnih alkohola kao neionske površinski aktivne tvari jer pružaju iznimnu stabilnost u prisutnosti tvrde vode i elektrolita te pri naglim promjenama pH. Za druga specifična svojstva materijala upotrebljavaju se razne druge površinski aktivne tvari, npr. anionske površinski aktivne tvari za bolju hidrofobnost ili kationske površinski aktivne tvari za bolju adheziju.
Napomena: Što su kapljice manje, potrebno je više površinski aktivne tvari za prekrivanje njihove površine jer je omjer V/S za kugle sljedeći: S/V = 3/R. Pri svakom povećanju duljine ili polumjera na x*l ili x*r, površina se povećava za faktor x na kvadrat (x2), a volumen za faktor x na kub (x3).
Formuliranje s emulzijama i disperzijama voska
Ultrazvučni homogenizatori ne upotrebljavaju se samo za stvaranje emulzija / disperzija voska – upotrebljavaju se i za obradu emulzija voska u daljnjim koracima kako bi se emulzija kao aditiv ugradila u konačni proizvod (npr. premaze, lakove, boje, kozmetičke proizvode itd.).
Ultrazvučni homogenizatori za velika opterećenja za stabilne emulzije voska
Hielscher Ultrasonics svjetski je poznat dobavljač ultrazvučnih homogenizatora velike snage. Naši ultrazvučni uređaji upotrebljavaju se diljem svijeta kao pouzdani i robusni „radni konji” u kemijskoj, farmaceutskoj, kozmetičkoj i prehrambenoj industriji. Industrijski ultrazvučni uređaji Hielscher mogu kontinuirano ostvarivati vrlo visoke amplitude do 200µm (a na zahtjev i više) kako bi stvarali intenzivnu kavitaciju i snažno smicanje. Rezultat su ultrafine nanoemulzije i disperzije s vrlo uskim raspodjelama veličine čestica. Naši ultrazvučni sustavi velike snage pomažu vam postići vrhunsku kvalitetu vaših formulacija voska.
Robusnost sonikatora Hielscher omogućuje rad 24/7 pri velikom opterećenju i u zahtjevnim okruženjima.
Sonikator UP400St sa sondom za pripremu stabilnih emulzija voska.
| Volumen šarže | Protok | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 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 |
Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!
Snažan ultrazvučni homogenizator UIP15000hdT snage 1,5kW s protočnom ćelijom za emulgiranje u protočnom sustavu.
Literatura / Reference
- 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.
Činjenice koje vrijedi znati
Što je vosak? Za što se voskovi upotrebljavaju?
Voskovi se definiraju kao raznolika skupina organskih spojeva koji su pri temperaturama bliskima temperaturi okoline hidrofobne, oblikovljive krutine. Voskovi se sastoje od različitih sastavnica, uključujući ugljikovodike (ravnolančane ili razgranate alkane i alkene), ketone, diketone, primarne i sekundarne alkohole, aldehide, estere sterola, alkanske kiseline, terpene (skvalen) i monoestere (estere voska). Kemijski sastav voskova složen je i varira, ali općenito voskovi sadrže relativno visok udio alkana, a ugljikovodici imaju duge ili vrlo duge ugljikove lance (od 12 do približno 38 ugljikovih atoma). Kruti su u širokom temperaturnom rasponu (talište između 60°C i 100°C). Taljenjem prelaze u tekućinu niske viskoznosti.
Odlikuje ih netopljivost u vodi, ali topljivost u organskim, nepolarnim otapalima. Voskovi se mogu podijeliti na prirodne (biljnog ili životinjskog podrijetla), polusintetske i sintetske voskove.
Sirova nafta glavni je izvor za komercijalnu proizvodnju voskova.
Dvije najvažnije vrste naftnih voskova jesu parafinski i mikrokristalni voskovi:
Parafinski voskovi uglavnom imaju bijelu, voštanu, krutu konzistenciju bez mirisa i okusa, s tipičnim talištem između 46°C i 68°C (115°F i 154°F) te gustoćom od približno 900 kg/m3. Imaju makrokristalnu strukturu i netopljivi su u vodi, ali topljivi u eteru, benzenu i određenim esterima. Parafinski voskovi dobivaju se iz sirove nafte i sadrže između 20 i 40 ugljikovih atoma.
Mikrokristalni vosak, poznat i kao petrolatum, upotrebljava se u brojnim primjenama zbog svojeg mirisa, boje, sadržaja ulja, konzistencije i svojstva vezanja ulja.
α-olefinski voskovi dobivaju se sintetski iz etilena Fischer-Tropschovom sintezom uz Ziegler-Nattin katalizator ili oligomerizacijom etilena. Alfa-olefinski voskovi najčešće se upotrebljavaju u aditivima za maziva ulja, mazivima za PVC, svijećama, kemikalijama za bušenje nafte i kozmetici.
Polietilenski vosak (PE-WAX) jest polietilen ultraniske molekulske mase (ULMWPE) koji se sastoji od lanaca etilenskih monomera. Polipropilenski vosak (PP-WAX) jest sintetska, kristalna smola niske molekulske mase.
I polietilenski i polipropilenski voskovi homopolimeri su i uglavnom se upotrebljavaju za formuliranje bojila za plastiku.
Kopolimerni voskovi poput derivata etilen-vinil-acetata (EVA) i etilen-akrilne kiseline (EAA) široko se primjenjuju u formulacijama premaza, npr. metalik temeljnih premaza.
Voskovi i aditivi na bazi voska široko se upotrebljavaju kako bi proizvodu pružili svojstva podmazivanja/klizanja, reološka svojstva, otpornost na abraziju, svojstva sprječavanja sljepljivanja/barijere, sjaj ili matiranje, otpornost na oksidaciju i/ili vodoodbojnost.
Voskovi su široko primjenjivana komponenta u mnogim industrijama, primjerice u proizvodnji kemikalija (npr. finih i specijalnih kemikalija), premaza, boja i tiskarskih boja, aditiva i modifikatora, ljepila, plastike i PVC-a, guma i kaučuka, u građevinarstvu i graditeljstvu te u proizvodnji uređaja za termostatsku regulaciju, ambalaže, hrane i kozmetike.
Prirodni voskovi:
- Životinjski voskovi: pčelinji vosak, lanolin, loj, šelak, spermacet
- Biljni voskovi: karnauba, kandelila, soja, ricinus, rižine mekinje, voskovnica, jojoba itd.
Mineralni voskovi:
- Fosilni voskovi: cerezin, montanski vosak, ozokerit, tresetni vosak
- Naftni voskovi: parafin, mikrokristalni voskovi, npr. petrolatum
Sintetizirani voskovi:
Sintetski voskovi: etilenski polimeri, npr. polietilen i eterski esteri poliola; poliolefinski voskovi; voskovi na bazi amida masnih kiselina; klorirani naftaleni; ugljikovodični tip, npr. Fischer-Tropsch.
Što je emulzija voska?
Emulzija voska / disperzija voska stabilna je smjesa jednog ili više voskova u vodi. Budući da se voskovi i vodene tekućine u pravilu međusobno ne miješaju, za stvaranje stabilne emulzije voska potrebni su površinski aktivne tvari i sofisticiran postupak miješanja, npr. ultrazvuk velike snage. Terminološki ispravno, emulzija voska mora se nazivati disperzijom voska jer su voskovi pri sobnoj temperaturi u čvrstom stanju. No budući da se emulzije / disperzije voska pripremaju s rastaljenim voskovima, izrazi “emulgiranje” i “emulzija voska” najčešće se upotrebljavaju za vodene formulacije voska, dok izraz “disperzija voska” uglavnom opisuje formulaciju voska na bazi otapala.
Što je emulzija
Emulzija je disperzija dviju ili više međusobno nemješljivih tekućina, pri čemu je jedna tekućina raspršena u drugoj.
Emulzija se može pojaviti u različitim tipovima: w/o, o/w, w/o/w, o/w/o
Tip emulzije (w/o ili o/w) može se ispitati testom razrjeđivanja. Emulzija se može razrijediti samo kontinuiranom / vanjskom fazom. Druga metoda određivanja tipa emulzije jest ispitivanje vodljivosti. Ionske emulzije o/w ne provode električnu struju, dok emulzije o/w provode električnu struju.
Za provedbu testa filtarskim papirom s CoCl2 filtarski papir impregnira se spojem CoCl2 i suši (plava boja). Boja filtarskog papira s CoCl2 postaje ružičasta kada se doda emulzija o/w.
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi od laboratorijskih do industrijskih veličina.