Nanorészecskék viaszban alkotott diszperziói – Készítsen stabil formulációkat!

A nanorészecskék viaszmátrixokban történő diszpergálása fontos, ugyanakkor kihívást jelentő alkalmazás a bevonatok, kozmetikumok, gyógyszerkészítmények és fázisváltó anyagok területén. Az olvadt viaszok eredendő viszkozitása, hidrofób jellege, valamint a nanorészecskék nagy felületi energiájuk miatti agglomerálódási hajlama következtében a nanorészecske–viasz diszperziók előállítása szaktudást igényel. A Hielscher ultrahangos készülékei biztosítják a stabil nanorészecske–viasz diszperziók asztali berendezésekkel és ipari léptékben történő előállításához szükséges diszpergálási teljesítményt, pontos szabályozhatóságot és méretezhetőséget.

A nanorészecskék viaszban történő diszpergálásának kihívásai

A nanorészecskék – legyenek fém-, kerámia- vagy szénalapúak – az erős van der Waals-kölcsönhatások miatt könnyen aggregátumokat képeznek. Viaszban ezeket a kölcsönhatásokat felerősíti a poláris oldószerek vagy stabilizátorok hiánya. A mechanikus keverés vagy a rotor–sztátor homogenizátorok gyakran elégtelennek bizonyulnak, különösen akkor, ha a nanorészecskék átmérője 100 nm alatti, vagy ha nagy részecsketartalomra van szükség. A homogén diszperzióhoz olyan energiabevitel szükséges, amely képes nanoméretű szinten szétbontani az agglomerátumokat, miközben a viaszközeggel egyidejűleg nedvesíti a részecskék felületét.

Az ultrahangos nanodiszpergálás mechanizmusa

Az ultrahangos diszpergálás jelentős hatékonysága az akusztikus kavitáció egyedülálló működési mechanizmusában rejlik. A szondás ultrahangos készülékek intenzív kavitációs erőket hoznak létre, amikor nagy intenzitású, alacsony frekvenciájú ultrahanghullámok terjednek a folyadékban, például az olvadt viaszban. A kavitáció során bekövetkező buborék-összeomlás helyi forró pontokat hoz létre szélsőséges nyírási gradiensekkel, lökéshullámokkal és mikrofolyadéksugarakkal. Ezek az átmeneti erők legyőzik a részecskék közötti adhéziót, és hatékonyan szétbontják a nanorészecskék agglomerátumait.
Az ultrahangos kezelés emellett javítja a nanorészecskék felületének viaszolvadék általi nedvesítését. A kavitációs buborékok ismételt összeomlása csökkenti a határfelületi feszültséget, lehetővé téve, hogy a viaszmolekulák behatoljanak a részecskék közé, és sztérikusan stabilizálják őket.

Az ultrahanggal előállított viasz-nanodiszperziók alkalmazásai

A nanorészecskék viaszban történő homogén diszpergálásának lehetősége számos alkalmazás előtt nyitja meg az utat:

Bevonatok és fényezőszerek: A szilícium-dioxid- vagy alumínium-oxid-nanorészecskék hozzáadása növeli a keménységet, a karcállóságot és a fényességet.
Kozmetikai formulációk: A titán-dioxid- vagy cink-oxid-nanorészecskék UV-védelmet biztosítanak, miközben megőrzik az átlátszóságot.
Fázisváltó anyagok (PCM-ek): A grafén, a szénnanocsövek vagy a fém-oxidok növelik a hővezető képességet, javítva az energiarendszerek hőtárolási hatékonyságát.
Gyógyszerhatóanyag-leadás: A viaszba ágyazott lipofil nanorészecskék lassú hatóanyag-leadású tárolóként működnek a helyileg vagy szájon át alkalmazott készítményekben.

Az ultrahanggal előállított nanofluidumok hatékony hűtő- és hőcserélő folyadékok. A hővezető nanoanyagok jelentősen növelik a hőátadási és hőelvezetési képességet. Az ultrahangos kezelés bevált módszer a hővezető nanorészecskék szintézisére és funkcionalizálására, valamint a hűtési alkalmazásokhoz használt stabil, nagy teljesítményű nanofluidumok előállítására.

Ultrahangos diszpergálóberendezések viasz–nanorészecske formulációkhoz

A Hielscher nagy teljesítményű szondás ultrahangos készülékeivel végzett ultrahangos diszpergálás robusztus és méretezhető technika a stabil viasz-nanodiszperziók előállítására.
A Hielscher szondás ultrahangos rendszereit nagy feldolgozási kapacitásuk, pontos paraméterszabályozásuk és lineáris méretezhetőségük miatt széles körben használják nanorészecskék feldolgozására. Akár szakaszosan, akár folyamatos, sorba épített gyártásban kell nanorészecskék viaszban alkotott diszperzióit előállítania, a Hielscher Ultrasonics ideális ultrahangos kezelőrendszert kínál: az ultrahangos laboratóriumi homogenizátorok tökéletes eszközök a kutatáshoz és termékfejlesztéshez, míg az ipari ultrahangos átfolyó cellák lehetővé teszik a legmagasabb minőségi követelményeknek megfelelő stabil viasz-nanodiszperziók előállítását.
A legmagasabb minőségi követelmények szerint gyártott Hielscher ultrahangos készülékek ötvözik a robusztus kialakítást, a felhasználóbarát kezelést és az ipari folyamatokba való egyszerű integrálhatóságot. Úgy tervezték őket, hogy ellenálljanak a nagy igénybevételt jelentő környezeteknek; a legkorszerűbb technológiával rendelkeznek, ISO-tanúsítvánnyal rendelkeznek, és megfelelnek a CE, UL, CSA és RoHS követelményeinek.

Miért a Hielscher Ultrasonics?

nagy hatékonyság
a legkorszerűbb technológia
megbízhatóság és robusztus kialakítás
állítható, pontos folyamatszabályozás
szakaszos és sorba épített üzem
bármilyen térfogathoz
intelligens szoftver
intelligens funkciók (pl. programozhatóság, adatnaplózás, távvezérlés)
egyszerű és biztonságos kezelés
csekély karbantartási igény
CIP (helyben történő tisztítás)

Az alábbi táblázat tájékoztatást ad ultrahangos készülékeink hozzávetőleges feldolgozási kapacitásáról:

Szakaszosan kezelt térfogat	Térfogatáram	Ajánlott készülékek
0,5–1,5mL	n.a.	VialTweeter
1–500mL	10–200mL/min	UP100H
10–2000mL	20–400mL/min	UP200Ht, UP400St
0,1–20L	0,2–4L/min	UIP2000hdT
10–100L	2–10L/min	UIP4000hdT
15–150L	3–15L/min	UIP6000hdT
n.a.	10–100L/min	UIP16000hdT
n.a.	nagyobb	készülékcsoport: UIP16000hdT

Kapcsolódó témák

Szakirodalom / Hivatkozások

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.

Gyakran ismételt kérdések

Mi a viasz?

A viaszok olyan szerves, hidrofób anyagok csoportját alkotják, amelyek főként hosszú szénláncú szénhidrogénekből, észterekből, zsírsavakból és alkoholokból állnak. Szobahőmérsékleten szilárdak, viszonylag alacsony az olvadáspontjuk, és melegítés hatására lágyulnak.

Milyen különböző viasztípusok léteznek?

A különböző viasztípusok közé tartoznak a természetes viaszok, például a méhviasz, a karnaubaviasz és a kandelillaviasz; a kőolajból vagy lignitből származó ásványi viaszok, például a paraffinviasz, a mikrokristályos viasz és a montánviasz; valamint a szintetikus viaszok, például a polietilénviaszok, a Fischer–Tropsch-viaszok és az amidviaszok.

Mire használják a viaszokat?

A viaszokat számos iparágban széles körben használják. A bevonatokban és fényezőszerekben felületvédelmet biztosítanak, a kozmetikumokban és gyógyszerkészítményekben szerkezetképző és kötőanyagként szolgálnak, az élelmiszeriparban leválasztószerként és védőbevonatként használatosak, a műszaki alkalmazásokban pedig kenőanyagként, ragasztóként és energiatárolásra szolgáló fázisváltó anyagként működnek.

Milyen a különböző viaszok polaritása?

A viaszok polaritása kémiai összetételüktől függően változik. A paraffin- és polietilénviaszok nagyrészt apolárisak, a méhviasz és a karnaubaviasz az észterek és szabad zsírsavak miatt gyengén poláris, a montánviasz és bizonyos szintetikus viaszok pedig a karboxil- és amid-funkciós csoportok miatt mérsékelt polaritást mutatnak. 