Voštane emulzije s Power Ultrasonics
Kada se vosak rasprši kao nano kapljice s vrlo homogenom raspodjelom, dobivaju se stabilne emulzije voska. Ultrazvučni homogenizatori generiraju velike smične sile i pouzdani su i robusni sustavi za proizvodnju stabilnih nano-emulzija voska. Homogenizatori visokog smicanja Hielscher Ultrasonics isporučuju vrhunske emulzije za razne industrije.
Ultrazvučne emulzije voska
Ultrazvučno generirane velike sile smicanja isporučuju potrebnu energiju za proizvodnju emulzija voska nano veličine, npr. stabilne nanoemulzije parafinskog voska.
Submikronske i nano emulzije i disperzije mogu se formulirati korištenjem kombinacije različitih voskova kako bi se dobio vrhunski proizvod s vrlo visokom funkcionalnošću (npr. podmazivanje, otpornost na vodu, otpornost na ogrebotine itd.).
Visoke smične sile ultrazvučnih homogenizatora omogućuju proizvodnju stabilnih formulacija voska spremnih za upotrebu s česticama u ravnoteži. Ultrazvučna emulgacija rezultira česticama nano veličine i ravnomjernom raspodjelom.
Industrijski ultrazvučni protočni sustav za proizvodnju voštanih emulzija.
- vrlo male veličine kapljica s manje od 100 nm
- stabilne emulzije
- produženi vijek trajanja (mehanička stabilnost)
- veću učinkovitost
- precizna kontrola procesa
Ultrazvučna nanoemulzija parafinskog voska
Kako pripremiti stabilnu emulziju parafinskog voska
Voštana emulzija nano veličine formulirana je od rastaljenog parafinskog voska (kao uljna faza), destilirane vode i anionskog SDS-a kao surfaktanta. Da bi se dobila gruba predsmjesa, vosak, voda i surfaktant se homogeniziraju pomoću magnetske miješalice na 1000 okretaja u minuti. Stoga se površinski aktivna tvar (koncentracija 10 mg/ml emulzije) i voda pomiješaju u čaši i zagriju na cca. 65–70ºC. Zatim se kap po kap dodaje parafinski vosak održavajući 0,2 volumnog udjela uljne faze uz magnetsko miješanje.
Nakon potpunog dodavanja parafinskog voska, grubo izmiješana emulzija je sonicirano s ultrazvučnim stonim homogenizatorom UIP1000hdT (1000W, 20kHz) za cca. 15 min. Ultrazvučni proces emulgiranja rezultira nano emulzijom voska s vrlo visokom stabilnošću.
Pročitajte više o emulziji parafinskog voska korištenjem sonikacije!
Ultrazvučne nano-emulzije pripremljene s Hielscher UP400St
surfaktanti
Voštane emulzije mogu se stabilizirati steričkim mehanizmom (upotrebom neionskih emulgatora) ili elektrostatskim mehanizmom (upotrebom ionskih emulgatora, najčešće anionskih). Kombinacija anionskih i neionskih emulgatora daje emulziji optimalnu stabilnost jer su čestice voska zaštićene kroz oba mehanizma stabilizacije. To se naziva mehanizam elektrosteričke stabilizacije.
Za emulgiranje voskova mogu se koristiti različiti emulgatori ili površinski aktivne tvari koje mogu biti anionske, kationske ili neionske. Najčešće korišteni surfaktanti su etoksilati masnih alkohola kao neionski tenzidi budući da nude izvanrednu stabilnost na tvrdu vodu, pH-šokove i elektrolite. Za druga specifična svojstva materijala koriste se razni drugi, npr. anionski tenzidi za bolju hidrofobnost ili kationski tenzidi za bolje prianjanje.
Napomena: Što su kapljice manje, potrebno je više surfaktanta da pokrije površinu kapljice jer je omjer V/S kuglica sljedeći: S/V = 3/R. Za bilo koje povećanje, x*l ili x*r duljine ili polumjera, povećanje površine je x na kvadrat (x2), a povećanje volumena x je kubirano (x3).
Formuliranje s voštanim emulzijama i disperzijama
Ultrazvučni homogenizatori se ne koriste samo za formiranje voštanih emulzija / disperzija – koriste se za obradu voštanih emulzija u daljnjim koracima za ugradnju emulzije kao aditiva u konačni proizvod (npr. premazi, lakovi, boje, kozmetika itd.).
Ultrazvučni homogenizatori za teške uvjete rada za stabilne emulzije voska
Hielscher Ultrasonics svjetski je poznati dobavljač ultrazvučnih homogenizatora velike snage. Naši ultrazvučni uređaji mogu se naći diljem svijeta kao pouzdani i robusni “radni konji” u kemijskoj, farmaceutskoj, kozmetičkoj i prehrambenoj industriji. Hielscher industrijski ultrazvučni uređaji sposobni su isporučiti kontinuirano vrlo visoke amplitude do 200 µm (i više na zahtjev) kako bi se stvorila intenzivna kavitacija i visoko smicanje. Kao rezultat, proizvode se ultra-fine nano emulzije i disperzije s vrlo uskim rasporedom čestica. Naši ultrazvučni sustavi velike snage pomažu vam u postizanju vrhunske kvalitete vaših formulacija voska.
Robusnost Hielscher sonikatora omogućuje 24/7 rad u teškim uvjetima rada iu zahtjevnim okruženjima.
Sonikator UP400St za pripremu stabilnih emulzija voska.
| Volumen serije | Protok | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 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 |
Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!
Snažni ultrazvučni homogenizator od 1,5 kW UIP15000hdT s protočnom ćelijom za inline emulgiranje.
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 koriste voskovi?
Voskovi se definiraju kao raznolika klasa organskih spojeva koji su hidrofobne, podatne krutine na temperaturama bliskim sobnoj. Voskovi se sastoje od različitih komponenti uključujući ugljikovodike (normalne ili razgranate alkane i alkene), ketone, diketone, primarne i sekundarne alkohole, aldehide, sterolne estere, alkanske kiseline, terpene (skvalen) i monoestere (esteri voska). Kemijski sastav voskova je složen i varira, ali općenito voskovi sadrže relativno visok udio alkana, a ugljikovodici imaju duge ili vrlo duge lance ugljika (od 12 do oko 38 atoma ugljika). Čvrsti su u širokom rasponu temperatura (točka taljenja između 60°C i 100°C). Kada se rastale, pretvaraju se u tekućinu niske viskoznosti.
Karakterizira ih netopljivost u vodi, ali topljivost u organskim, nepolarnim otapalima. Voskove možemo razlikovati na prirodne (biljnog, životinjskog podrijetla), polusintetske i sintetske voskove.
Za komercijalnu proizvodnju voskova, sirova nafta je glavni izvor.
Dvije najvažnije vrste naftnih voskova su parafinski i mikrokristalni voskovi:
Parafinski voskovi uglavnom ima bijelu, voštanu krutu konzistenciju bez mirisa i okusa, s tipičnom talištem između 46°C i 68°C (115°F i 154°F) i gustoćom od cca. 900 kg/m3. Ima makrokristalnu strukturu i netopljiv je u vodi, ali je topiv u eteru, benzenu i određenim esterima. Parafinski voskovi se dobivaju iz sirove nafte i sadrže između 20 i 40 atoma ugljika.
Mikrokristalni vosak, također poznat kao petrolatum, koristi se za višestruku primjenu zbog svog mirisa, boje, sadržaja ulja, konzistencije i svojstva vezanja ulja.
α-olefinski voskovi su ili sintetski izvedeni iz etilena putem Fischer-Tropsch sinteze sa Ziegler-Natta katalizatorom ili putem oligomerizacije etilena. Alfa-olefinski voskovi se najčešće koriste u aditivima za maziva ulja, PVC mazivima, svijećama, kemikalijama za bušenje nafte i kozmetici.
Polietilenski vosak (PE-WAX) je polietilen ultra niske molekulske mase (ULMWPE) koji se sastoji od etilenskih monomernih lanaca. polipropilenski vosak (PP-WAX) je sintetička, kristalna niskomolekularna smola.
I polietilenski i polipropilenski voskovi su homopolimeri i uglavnom se koriste za formulaciju bojila za plastiku.
Kopolimerni voskovi kao što su derivati etilen vinil acetata (EVA) i etilen akrilne kiseline (EAA) široko su rašireni u formulacijama premaza, npr. metalik baznih premaza.
Voskovi i dodaci vosku naširoko se koriste za podmazivanje/klizanje proizvoda, reologiju, otpornost na abraziju, zaštitu od blokiranja/prepreku, poliranje ili matiranje, otpornost na oksidaciju i/ili vodoodbojnost.
Voskovi su naširoko korištena komponenta u mnogim industrijama, poput proizvodnje kemikalija (npr. finih & specijalna kemija), premazi, boje & tinte, aditivi & modifikatori, ljepila, plastika & PVC, gume & gume, građevinarstvo & zgrada, termostatski regulacijski uređaji, ambalaža, hrana i kozmetika.
Prirodni voskovi:
- Životinjski voskovi: pčelinji vosak, lanolin, loj, šelak, spermaceti
- Biljni voskovi: karnauba, kandelila, soja, ricinus, rižine mekinje, lovor, jojoba itd.
Mineralni voskovi:
- Fosilni voskovi: Ceresin, Montan, Ozocerite, Tresetni vosak
- Naftni voskovi: parafin, mikrokristalni voskovi, npr. petrolatum
Sintetizirani voskovi:
Sintetski voskovi: etilenski polimeri npr. polietilen & poliol eter-esteri; poliolefinski voskovi; voskovi amida masnih kiselina; klorirani naftaleni; tip ugljikovodika, npr. Fischer-Tropsch.
Što je emulzija voska?
Emulzija voska / disperzija voska je stabilna mješavina jednog ili više voskova u vodi. Kako se voskovi i vodene tekućine obično ne miješaju, tenzidi i sofisticirani proces miješanja, npr. ultrazvuk, potrebni su za stvaranje stabilne emulzije voska. U ispravnom smislu, emulzija voska se mora nazvati disperzijom voska jer su voskovi kruti na sobnoj temperaturi. Ali budući da se voštane emulzije/disperzije pripremaju s rastaljenim voskovima, izrazi “emulgiranje” i “emulzija voska” najčešće se koriste za vodene formulacije voska, dok se izraz “disperzija voska” uglavnom opisuje formulaciju voska na bazi otapala.
emulzija
Emulzija je tekućina u tekućoj disperziji dviju ili više tekućina koje se ne miješaju.
Emulzija se može pojaviti u različitim vrstama: w/u, o/w, w/u/w, o/w/o
Vrsta emulzije (w/u ili u/w) može se ispitati testom razrjeđivanja. Emulzija se može razrijediti samo s kontinuiranom / vanjskom fazom. Druga metoda za identifikaciju vrste emulzije je ispitivanje vodljivosti. Ionske u/v emulzije ne provode, dok u/v emulzije provode električnu struju.
Za korištenje CoCl2 ispitivanje filter papira, filter papir je impregniran s CoCl2 i osušen (plava boja). Boja CoCl2 filter papir postaje ružičast kada se doda emulzija u/v.
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi od laboratorija do industrijska veličina.