Ջուրը պարաֆինային մոմանյութում էմուլսիաներ. մոմերի ծախսարդյունավետ արտադրություն ուլտրաձայնի միջոցով

Ուլտրաձայնային էմուլսացումը մշակման հզոր տեխնոլոգիա է մոմ արտադրողների համար, որոնք ցանկանում են նվազեցնել պարաֆինի սպառումը, բարելավել բաղադրակազմի վերահսկումը և արդյունավետորեն մեծացնել արտադրության մասշտաբը։ Հալված պարաֆինային մոմանյութում մինչև 10% ջուր դիսպերսելով՝ մոմ արտադրողները կարող են նվազեցնել հումքի ծախսերը՝ միաժամանակ պահպանելով մոմերի արդյունաբերական արտադրության համար պիտանի համասեռ մոմանյութային ֆազը։ Hielscher ապրանքանիշի զոնդային ուլտրաձայնային մշակման սարքերն ապահովում են բարձր ինտենսիվության կավիտացիա, որն անհրաժեշտ է ջուրը մոմանյութում տեսակի մանրակաթիլ, միատարր էմուլսիաներ ստանալու համար՝ լաբորատոր փորձարկումներից մինչև անընդհատ արտադրության մասշտաբ։

Բարելավեք պարաֆինային մոմերի արտադրությունը ուլտրաձայնային էմուլսացման միջոցով

Պարաֆինային մոմանյութը շարունակում է մնալ մոմերի արտադրության մեջ ամենալայն կիրառվող հումքերից մեկը։ Սակայն մոմանյութի գների տատանումները, շահույթի մարժաների վրա աճող ճնշումը և ռեսուրսներն ավելի արդյունավետ օգտագործող արտադրության անհրաժեշտությունը մեծ հետաքրքրություն են առաջացրել այն տեխնոլոգիաների նկատմամբ, որոնք նվազեցնում են պարաֆինի օգտագործումը՝ առանց գործընթացի հուսալիությունը խաթարելու։ Ուլտրաձայնային էմուլսացումը թույլ է տալիս ջուրը խառնել հալված պարաֆինային մոմանյութին՝ ստանալով կայուն մոմանյութային էմուլսիաներ։
Բարձր հզորության ուլտրաձայնի միջոցով մանր դիսպերսված ջրի կաթիլները կարող են ներառվել մոմանյութային ֆազում՝ առաջացնելով ջուրը պարաֆինում տեսակի կայուն էմուլսիա։ Երբ պարաֆինային մոմանյութում էմուլսացվում է մինչև 10% ջուր, արտադրողները կարող են նվազեցնել յուրաքանչյուր մոմի համար անհրաժեշտ պարաֆինի քանակը՝ անմիջապես խնայելով նյութը։ Մեծ ծավալներով արտադրողների համար մոմանյութի սպառման նույնիսկ փոքր տոկոսային նվազումը կարող է հանգեցնել տարեկան ծախսերի զգալի խնայողության։

Ինչու է ուլտրաձայնային էմուլսացումն իդեալական պարաֆինային մոմանյութի համար

Ջուրը և պարաֆինային մոմանյութն իրենց բնույթով փոխադարձաբար չխառնվող նյութեր են։ Սովորական խառնման մեթոդներով հաճախ դժվար է ջուրը մանր ու միատարր կերպով դիսպերսել հալված մոմանյութում, հատկապես երբ պահանջվում են կաթիլների հաստատուն չափ, գործընթացի վերարտադրելիություն և արդյունաբերական արտադրողականություն։ Ուլտրաձայնային էմուլսացումը լուծում է այս խնդիրը ակուստիկ կավիտացիայի միջոցով։
Ուլտրաձայնային մշակման ընթացքում բարձր ինտենսիվության ուլտրաձայնը հեղուկ միջավայրում առաջացնում է մանրադիտակային կավիտացիոն պղպջակներ։ Դրանց փլուզումն առաջացնում է տեղային մեծ սահքային ուժեր, տուրբուլենտություն և խառնման ինտենսիվ էներգիա։ Hielscher ընկերության նկարագրությամբ՝ ուլտրաձայնային էմուլգատորներն օգտագործում են ակուստիկ կավիտացիան՝ փոխադարձաբար չխառնվող հեղուկները շատ փոքր կաթիլների տրոհելու և դրանք միատարր բաշխելու համար։
Մոմերի համար նախատեսված մոմանյութի մշակման դեպքում սա նշանակում է, որ ջուրը կարելի է հալված պարաֆինում դիսպերսել շատ ավելի արդյունավետ, քան բազմաթիվ ռոտոր–ստատորային խառնիչներով կամ ցածր սահք ապահովող խառնիչներով։ Ստացված էմուլսիան կարող է ապահովել՝

• Ջրի մանր կաթիլների բաշխում հալված մոմանյութային ֆազում
• Մոմի ամբողջ բաղադրակազմի բարելավված համասեռություն
• Պարաֆինի օգտագործման նվազեցում՝ մոմանյութի ծավալի մի մասը ջրով փոխարինելու միջոցով
• Ավելի վերարտադրելի խմբաքանակներ՝ ուլտրաձայնի կառավարելի պարամետրերի շնորհիվ
• Արդյունավետ ներհոսքային մշակում մոմերի անընդհատ արտադրական գծերի համար

Պարաֆինի խնայողություն՝ մինչև 10% ջուր էմուլսացնելու միջոցով

Տնտեսական շարժառիթը պարզ է. պարաֆինային մոմը ծախսատար հիմնական հումք է, մինչդեռ ջուրն էժան է և հեշտ հասանելի։ Ուլտրաձայնի միջոցով մոմի մատրիցի մեջ մինչև 10% ջուր ներառելով՝ մոմեր արտադրողները կարող են նվազեցնել պարաֆինի սպառումը մեկ արտադրանքի հաշվով։
Օրինակ՝ մոմերի համար նախատեսված մոմային բաղադրության 1 000 kg օգտագործող արտադրական սցենարում պարաֆինային ֆազի 10% էմուլգացված ջրով փոխարինելը կարող է պարաֆինի պահանջարկը նվազեցնել մինչև 100 kg՝ կախված բաղադրության նախագծումից և վերջնական արտադրանքի բնութագրերից։ Արդյունաբերական մասշտաբով սա կարող է նշանակել զգալի խնայողություններ հումքի գնման, պահեստավորման և լոգիստիկայի ծախսերում։
Գլխավորը ջուրն ուղղակի ավելացնելը չէ, այլ այն պատշաճ կերպով էմուլգացնելը։ Վատ դիսպերսված ջուրը կարող է առանձնանալ, առաջացնել արատներ կամ խաթարել մշակումը։ Ուլտրաձայնային էմուլգացումը ստեղծում է մանր կաթիլներից կազմված այն կառուցվածքը, որն անհրաժեշտ է հալված մոմի ֆազի մեջ ջուրը կայուն կերպով ներառելու համար։ Hielscher ընկերությունը մասնավորապես ընդգծում է զոնդային ուլտրաձայնային սարքերի և ուլտրաձայնային հոսքային բջիջների համակցումը՝ որպես պարաֆինային մոմի էմուլգացման արդյունավետ մոտեցում, որը բարելավում է արդյունավետությունը, համասեռությունը, մասշտաբի մեծացման հնարավորությունը և որակի կայունությունը։

Ուլտրաձայնային մշակումը պարաֆինային մոմի կաթիլների չափը նվազեցնում է մինչև 160nm՝ ապահովելով երկարատև կայունություն

Jadhav et al. (2015) գիտական ուսումնասիրությունը ցույց է տալիս, որ ուլտրաձայնի օժանդակությամբ էմուլգացումն արդյունավետ միջոց է ջրում պարաֆինային մոմի կայուն նանոէմուլսիաներ ստանալու համար՝ հաղթահարելով էմուլսիայի ինվերսիայի սովորական մեթոդներին բնորոշ անկայունությունը։ Պատրաստելով էմուլսիա՝ ջրի և պարաֆինի 80:20 հարաբերակցությամբ՝ նրանք օպտիմալացրել են գործընթացի հիմնական փոփոխականները՝ մակերևութաակտիվ նյութի կոնցենտրացիան, կիրառվող ուլտրաձայնային հզորությունը և ուլտրաձայնային մշակման տևողությունը։ Գործընթացի օպտիմալացված պայմաններում հետազոտողները ստացել են մոտ 160,9 nm չափի պարաֆինային մոմի կաթիլներ՝ օգտագործելով 10 mg/mL կոնցենտրացիայով SDS, 0,61 W/mL-ին համապատասխանող 40% կիրառվող հզորություն և 15 րոպե ուլտրաձայնային մշակում։ Աշխատանքը ցույց է տալիս, որ ակուստիկ կավիտացիան հալված պարաֆինը ֆիզիկապես տրոհում է նանոմասշտաբային կաթիլների, մինչդեռ SDS նյութն արագ կայունացնում է նոր ձևավորված միջֆազային մակերևույթը. DSC և FTIR մեթոդները հաստատել են, որ ուլտրաձայնային մշակման ընթացքում պարաֆինային մոմը քիմիական փոփոխության չի ենթարկվել։ Ստացված կաթիլները պինդ էին, գնդաձև, SDS նյութի ադսորբման հետևանքով բացասական լիցքավորված և կայուն՝ ավելի քան երեք ամիս, մինչդեռ էմուլսիայի ինվերսիայի կետի մեթոդով պատրաստված էմուլսիաները 30 րոպեի ընթացքում ենթարկվել են կրեմացման կամ ֆազային բաժանման։ Ընդհանուր առմամբ, առաջընթացը կայանում է այն ապացույցի մեջ, որ ուլտրաձայնային մշակմամբ հնարավոր է ստանալ պարաֆինային մոմի մանր, կայուն, ցածր էներգիայով նանոէմուլսիաներ՝ կաթիլների վերահսկվող չափով, բարձր ֆիզիկական կայունությամբ և մոմի հիմքով բաղադրությունների մասշտաբը մեծացնելու հստակ ներուժով։
 

Ուլտրաձայնով պատրաստված պարաֆինային մոմի էմուլսիայի SEM պատկերները՝ (a) 5000 , (b) 20 000
Ուսումնասիրություն և պատկեր՝ ©Jadhav et al. (2015)

Hielscher ընկերության ուլտրաձայնային սարքերը՝ մոմում ջրի էմուլսիաների համար

Hielscher Ultrasonics ընկերությունն արտադրում է զոնդային ուլտրաձայնային սարքեր՝ հեղուկների լաբորատոր, փորձնական և արդյունաբերական մշակման համար։ Ընկերության ուլտրաձայնային համակարգերն օգտագործվում են այնպիսի կիրառություններում, ինչպիսիք են էմուլգացումը, հոմոգենացումը, դիսպերսումը, մասնիկների չափի փոքրացումը, էքստրակցիան և քիմիական մշակումը։
Մոմերի արտադրության համար գլխավոր առավելությունը գործընթացի վերահսկումն է։ Hielscher ընկերության ուլտրաձայնային սարքերը օպերատորներին թույլ են տալիս սահմանել և վերարտադրել ուլտրաձայնային մշակման հիմնական պարամետրերը՝ ներառյալ ամպլիտուդը, ներմուծվող էներգիան, ջերմաստիճանը, ճնշումը, ծավալային հոսքի արագությունը և մնալու ժամանակը։ Սա հատկապես կարևոր է հալված պարաֆինային մոմի համար, որի դեպքում մածուցիկությունն ու ջերմաստիճանը մեծապես ազդում են էմուլգացման որակի վրա։

Ուլտրաձայնով ստացված նանոէմուլսիա

Ներդրման բնորոշ տարբերակները ներառում են՝

1. Պարբերական ուլտրաձայնային մշակում՝ բաղադրությունների մշակման, արտադրական փոքր խմբաքանակների կամ հատուկ նշանակության մոմերի համար
2. Հոսքային բջիջներով ներհոսքային ուլտրաձայնային մշակում՝ մոմի անընդհատ մշակման համար
3. Ճնշման տակ աշխատելու հնարավորություն ունեցող ռեակտորներ՝ կավիտացիայի ինտենսիվությունը բարձրացնելու և վերահսկվող մշակում ապահովելու համար
4. Հենահարթակի վրա տեղադրված համակարգեր՝ մոմերի արտադրության գործող արդյունաբերական գծերում ինտեգրման համար

Hielscher ընկերության արդյունաբերական տեսականին ներառում է բարձր հզորության ուլտրաձայնային պրոցեսորներ, օրինակ՝ UIP4000hdT, որն ապահովում է մինչև 4 kW ուլտրաձայնային հզորություն՝ հեղուկների արդյունաբերական մշակման պահանջկոտ առաջադրանքների համար, այդ թվում՝ հոմոգենացում, էմուլգացում, դիսպերսում և մասնիկների նուրբ աղացում։ Ավելի մեծ արտադրական հզորությունների համար Hielscher ընկերությունն առաջարկում է այնպիսի համակարգեր, ինչպիսին է UIP16000 սարքը՝ 16 kW հզորությամբ արդյունաբերական ուլտրաձայնային պրոցեսոր, որը նախատեսված է մեծ ծավալների հոսքային մշակման և արտադրական միջավայրերում ինտեգրման համար։
Մի քանի ուլտրաձայնային մշակիչների զուգահեռ միավորումը հնարավորություն է տալիս ապահովել պահուստավորում և աստիճանաբար մեծացնել արտադրության մասշտաբը՝ պահանջարկի աճին և բիզնեսի ընդլայնմանը զուգընթաց։

Արդյունաբերական նշանակությունը մոմ արտադրողների համար

Մոմերի արդյունաբերությունը գործում է ծախսերի նվազեցման ուժեղ ճնշման պայմաններում, հատկապես թեյի մոմերի, սյունաձև մոմերի, ուխտի մոմերի, տարաներով մոմերի և դեկորատիվ մոմերի զանգվածային շուկայի համար արտադրության ոլորտում։ Պարաֆինային մոմանյութի գների տատանումներն ուղղակիորեն ազդում են շահութաբերության վրա։ Մոմանյութում ջրի ուլտրաձայնային էմուլգացումը արտադրողներին տալիս է մոմանյութի սպառումը նվազեցնելու գործնական միջոց՝ միաժամանակ պահպանելով արտադրական գործընթացի մասշտաբի մեծացման հնարավորությունն ու կառավարելիությունը։

Արդյունաբերական նշանակությունը հատկապես մեծ է այն դեպքերում, երբ արտադրողներին անհրաժեշտ են՝

• Մեծ ծավալներով արտադրություն՝ մոմանյութի կայուն որակով
• Պարաֆինի ավելի ցածր սպառում՝ մեկ մոմի հաշվով
• Շարունակական հոսքային մշակում՝ միայն խմբաքանակային խառնման փոխարեն
• Գործընթացի հուսալի տեղափոխում հետազոտություններից ու մշակումներից դեպի արտադրություն
• Էմուլսիայի որակի ճշգրիտ վերահսկում
• Ինտեգրում հալեցման, չափաբաժնավորման և ձուլման գործող գծերում

Տեխնոլոգիան գրավիչ է նաև այն արտադրողների համար, որոնք մշակում են ծախսերի տեսանկյունից օպտիմալացված մոմերի նոր բաղադրություններ։ Կարգավորելով ջրի պարունակությունը, էմուլգատորների համակարգը, մոմանյութի ջերմաստիճանը և ներմուծվող ուլտրաձայնային էներգիան՝ արտադրողները կարող են բաղադրությունը հարմարեցնել մոմի ցանկալի երկրաչափությանը, այրման վարքին, մակերևույթի վերջնական տեսքին և արտադրության եղանակին։
Ինչպես մոմի բաղադրության ցանկացած փոփոխության դեպքում, արտադրողները պետք է իրենց արտադրական պայմաններում ստուգեն և հաստատեն այրման բնութագրերը, արտաքին տեսքը, կայունությունը, անվտանգությունը, բուրավետիչների հետ համատեղելիությունը և պահպանման ընթացքում վարքը։ Այնուամենայնիվ, ուլտրաձայնային էմուլգացումն ապահովում է մշակման այն ինտենսիվությունն ու վերարտադրելիությունը, որոնք անհրաժեշտ են բաղադրության նման մշակումը արդյունաբերական մասշտաբով տեխնիկապես իրագործելի դարձնելու համար։

Ուլտրաձայնային մշակումը՝ որպես մրցակցային առավելություն մոմանյութի էմուլսիաների արտադրության մեջ

Մոմ արտադրողների համար ուլտրաձայնային էմուլգացումն ավելին է, քան խառնման եղանակը։ Այն գործընթացի ինտենսիվացման տեխնոլոգիա է, որը կարող է նվազեցնել հումքի ծախսերը, բարձրացնել բաղադրության փոփոխման ճկունությունը և նպաստել արտադրության մասշտաբի մեծացմանը։
Hielscher ընկերության ուլտրաձայնային մշակիչները նախատեսված են հենց հեղուկների մշակման այսպիսի պահանջկոտ առաջադրանքների համար։ Հալված պարաֆինով լաբորատոր փորձարկումներից մինչև արդյունաբերական արտադրության մեջ շարունակական հոսքային էմուլգացում՝ Hielscher ընկերության ուլտրաձայնային համակարգերն ապահովում են հզորությունը, վերահսկողությունը և մասշտաբի մեծացման հնարավորությունը, որոնք անհրաժեշտ են մոմերի պարաֆինային մոմանյութում ջրի էմուլսիաների ստացման համար։
Ուլտրաձայնային կավիտացիայի միջոցով պարաֆինային մոմանյութի մեջ ներմուծելով մինչև 10% ջուր՝ մոմ արտադրողները կարող են նվազեցնել կախվածությունը թանկարժեք պարաֆինից՝ միաժամանակ պահպանելով մոմանյութի վերահսկվող, համասեռ բաղադրությունը։ Մոմերի արդյունաբերական արտադրության համար սա ստեղծում է հստակ տնտեսական և գործառնական առավելություն՝ նյութերի ավելի ցածր ծախսեր, վերարտադրելի որակ և ուղիղ ճանապարհ՝ լաբորատոր մասշտաբով բաղադրության մշակումից մինչև լիամասշտաբ արտադրություն։

 
Ստորև բերված աղյուսակը պատկերացում է տալիս մեր ուլտրաձայնային մշակիչների մոտավոր մշակման արտադրողականության մասին՝

Մոմանյութի ուլտրաձայնային էմուլսիաներ. մասշտաբի գծային մեծացում՝ լաբորատորիայից մինչև արդյունաբերական արտադրություն

Hielscher ուլտրաձայնային տեխնոլոգիայի հիմնական առավելություններից մեկը արտադրական մասշտաբի գծային մեծացումն է։ Մոմ արտադրողները կարող են սկսել փոքր մասշտաբով իրագործելիության փորձարկումներից, օպտիմալացնել պարաֆինում ջրի բաղադրակազմը և այնուհետև գործընթացի պարամետրերը տեղափոխել ավելի մեծ համակարգեր։
Ի տարբերություն խառնման բազմաթիվ ավանդական տեխնոլոգիաների, որոնց դեպքում մասշտաբի մեծացումը կարող է պահանջել էական վերանախագծումներ և անորոշ ճշգրտումներ, ուլտրաձայնային մշակման մասշտաբի մեծացումը հիմնված է գործընթացի վերարտադրելի պարամետրերի վրա։ Երբ հայտնի են անհրաժեշտ տեսակարար էներգիայի ներմուծումը, ամպլիտուդը, ջերմաստիճանը, ճնշումը և մնալու ժամանակը (հոսքի արագությունը), գործընթացի մասշտաբը կարելի է մեծացնել՝ բարձրացնելով ուլտրաձայնային հզորությունն ու մշակման արտադրողականությունը կամ զուգահեռ աշխատեցնելով մի քանի ուլտրաձայնային սարքեր։
Այս մոտեցումը հատկապես արժեքավոր է մոմ արտադրողների համար, քանի որ նվազեցնում է մշակման ռիսկը։ Լաբորատոր կամ սեղանադիր ուլտրաձայնային սարքով մշակված բաղադրակազմը կարելի է վավերացնել փորձնական սարքավորումներով, ապա տեղափոխել լիամասշտաբ արդյունաբերական արտադրություն։ Hielscher ընկերությունը նշում է, որ սեղանադիր հոմոգենիզատորները կարող են օգտագործվել կիրառական հետազոտությունների, մասշտաբի մեծացման աշխատանքների, փորձնական ուսումնասիրությունների, գործընթացի օպտիմալացման և ավելի փոքր խմբաքանակների մշակման համար, իսկ մեծ ծավալներով հոսքային կամ խմբաքանակային մշակման համար հասանելի են 4–16 kW հզորությամբ ուլտրաձայնային զոնդեր։
Խոշոր արտադրական գործարաններում մի քանի ուլտրաձայնային պրոցեսորների խմբավորումը հնարավորություն է տալիս ապահովել մշակման շատ բարձր արտադրողականություն՝ յուրաքանչյուր ռեակտորում պահպանելով կավիտացիայի նույն պայմանները։ Այս մոդուլային հայեցակարգը նպաստում է արտադրական հզորության հուսալի ընդլայնմանը՝ առանց արտադրանքի միատեսակությունը զոհաբերելու։

Նախագծում, արտադրություն և խորհրդատվություն – Գերմանիայում ստեղծված որակ

Hielscher ուլտրաձայնային սարքերը հայտնի են որակի և նախագծման իրենց ամենաբարձր չափանիշներով։ Ամրությունն ու շահագործման պարզությունը հնարավորություն են տալիս մեր ուլտրաձայնային սարքերը սահուն ինտեգրել արդյունաբերական օբյեկտներում։ Hielscher ուլտրաձայնային սարքերը հեշտությամբ աշխատում են ծանր պայմաններում և խիստ պահանջներ ներկայացնող միջավայրերում։

Hielscher Ultrasonics ընկերությունն ունի ISO հավաստագրում և հատուկ ուշադրություն է դարձնում բարձր արտադրողականությամբ ուլտրաձայնային սարքերին, որոնք առանձնանում են ամենաարդիական տեխնոլոգիայով և օգտագործման հարմարավետությամբ։ Իհարկե, Hielscher ուլտրաձայնային սարքերը համապատասխանում են CE պահանջներին և բավարարում են UL, CSA և RoHs պահանջները։

Գրականություն / Հղումներ

• A.J. Jadhav, C.R. Holkar, S.E. Karekar, D.V. Pinjari, A.B. Pandit (2015): Ultrasound assisted manufacturing of paraffin wax nanoemulsions: Process optimization. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 23, 2015. 201-207.
• Alina Lozhechnikova, Hervé Bellanger, Benjamin Michen, Ingo Burgert, Monika Osterberg (2016): Surfactant-free carnauba wax dispersion and its use for layer-by-layer assembled protective surface coatings on wood. Applied Surface Science 2016.
• 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.