Dispersioni di nanoparticelle in cera – Create formulazioni stabili!
La dispersione di nanoparticelle in matrici di cera è un’applicazione importante, ma impegnativa, nei rivestimenti, nei cosmetici, nei prodotti farmaceutici e nei materiali a cambiamento di fase. Data la viscosità intrinseca delle cere fuse, la loro idrofobicità e la tendenza delle nanoparticelle ad agglomerarsi a causa delle elevate energie superficiali, la preparazione di dispersioni di nanoparticelle in cera richiede competenze specifiche. I sonicatori Hielscher offrono la potenza disperdente, la controllabilità precisa e la scalabilità necessarie per produrre dispersioni stabili di nanoparticelle in cera con sistemi da banco e su scala industriale.
Sfide nella dispersione di nanoparticelle in cera
Le nanoparticelle – metalliche, ceramiche o a base di carbonio – formano facilmente aggregati a causa delle forti interazioni di van der Waals. Nella cera, queste interazioni sono accentuate dall’assenza di solventi polari o stabilizzanti. L’agitazione meccanica o gli omogeneizzatori a rotore-statore si rivelano spesso insufficienti, soprattutto quando le nanoparticelle hanno un diametro inferiore a 100 nm o quando sono richieste concentrazioni elevate. Una dispersione omogenea richiede un apporto energetico in grado di disgregare gli agglomerati su scala nanometrica, bagnando contemporaneamente la superficie delle particelle con il mezzo ceroso.
I sonicatori a sonda Hielscher producono nanoemulsioni stabili di cera paraffinica.
Meccanismo della nanodispersione a ultrasuoni
La notevole efficacia della dispersione a ultrasuoni risiede nel peculiare meccanismo di funzionamento della cavitazione acustica. I sonicatori a sonda generano intense forze di cavitazione quando onde ultrasoniche ad alta intensità e bassa frequenza si propagano attraverso un liquido, ad esempio la cera fusa. Il collasso delle bolle durante la cavitazione produce punti caldi localizzati con gradienti di taglio estremi, onde d’urto e microgetti. Queste forze transitorie superano l’adesione tra le particelle e deagglomerano efficacemente i gruppi di nanoparticelle.
Inoltre, la sonicazione migliora la bagnatura delle superfici delle nanoparticelle da parte della cera fusa. Il collasso ripetuto delle bolle di cavitazione riduce la tensione interfacciale, consentendo alle molecole di cera di penetrare tra le particelle e stabilizzarle stericamente.
Applicazioni delle nanodispersioni di cera preparate con ultrasuoni
La capacità di disperdere omogeneamente le nanoparticelle nella cera apre la strada a molteplici applicazioni:
- Rivestimenti e lucidanti: L’aggiunta di nanoparticelle di silice o allumina migliora la durezza, la resistenza ai graffi e la brillantezza.
- Formulazioni cosmetiche: Le nanoparticelle di biossido di titanio o ossido di zinco conferiscono protezione UV, mantenendo la trasparenza.
- Materiali a cambiamento di fase (PCM): Il grafene, i nanotubi di carbonio o gli ossidi metallici aumentano la conducibilità termica, migliorando l’efficienza dell’accumulo di calore nei sistemi energetici.
- Somministrazione di farmaci: Le nanoparticelle lipofile incorporate nella cera agiscono come serbatoi a lento rilascio nelle formulazioni topiche o orali.
Dispersori a ultrasuoni per formulazioni di cera e nanoparticelle
La dispersione a ultrasuoni con i sonicatori a sonda Hielscher ad alte prestazioni è una tecnica robusta e scalabile per la produzione di nanodispersioni stabili di cera.
I sistemi a ultrasuoni a sonda Hielscher sono ampiamente utilizzati per il trattamento delle nanoparticelle grazie alla loro elevata capacità di trattamento, al controllo preciso dei parametri e alla scalabilità lineare. Che dobbiate preparare dispersioni di nanoparticelle in cera in batch o mediante produzione continua in linea, Hielscher Ultrasonics offre la configurazione di sonicazione ideale: gli omogeneizzatori a ultrasuoni da laboratorio sono lo strumento perfetto per la ricerca e lo sviluppo di prodotti, mentre le celle di flusso industriali a ultrasuoni consentono di produrre nanodispersioni stabili di cera che soddisfano i più elevati standard qualitativi.
Costruiti secondo i più elevati standard qualitativi, i sonicatori Hielscher combinano robustezza, facilità d’uso e semplice integrazione nei processi industriali. Progettati per resistere ad ambienti impegnativi, sono dotati di tecnologia all’avanguardia, sono certificati ISO e soddisfano i requisiti CE, UL, CSA e RoHS.
- alta efficienza
- tecnologia all’avanguardia
- affidabilità e robustezza
- controllo del processo regolabile e preciso
- in batch e in linea
- per qualsiasi volume
- software intelligente
- funzionalità intelligenti (ad esempio programmabilità, registrazione dei dati, controllo remoto)
- funzionamento semplice e sicuro
- manutenzione ridotta
- CIP (pulizia in loco)
La tabella seguente fornisce un’indicazione della capacità di trattamento approssimativa dei nostri sonicatori:
| Volume del batch | Portata | Dispositivi consigliati |
|---|---|---|
| da 0,5 a 1,5mL | non applicabile | VialTweeter |
| da 1 a 500mL | da 10 a 200mL/min | UP100H |
| da 10 a 2000mL | da 20 a 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| da 0,1 a 20L | da 0,2 a 4L/min | UIP2000hdT |
| da 10 a 100L | da 2 a 10L/min | UIP4000hdT |
| da 15 a 150L | da 3 a 15L/min | UIP6000hdT |
| non applicabile | da 10 a 100L/min | UIP16000hdT |
| non applicabile | superiore | gruppo di UIP16000hdT |
Sistema di emulsificazione a ultrasuoni per la produzione industriale di margarina
Bibliografia / Riferimenti
- 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.
Domande frequenti
Che cos’è la cera?
La cera è una classe di materiali organici idrofobi composti principalmente da idrocarburi a catena lunga, esteri, acidi grassi e alcoli. Questi materiali sono solidi a temperatura ambiente, hanno punti di fusione relativamente bassi e si ammorbidiscono quando vengono riscaldati.
Quali sono i diversi tipi di cere?
I diversi tipi di cere comprendono cere naturali come la cera d’api, la cera carnauba e la cera candelilla, cere minerali derivate dal petrolio o dalla lignite come la paraffina, la cera microcristallina e la cera montana, e cere sintetiche come le cere di polietilene, Fischer–Tropsch e ammidiche.
A cosa servono le cere?
Le cere sono ampiamente utilizzate in diversi settori industriali. Forniscono protezione superficiale nei rivestimenti e nei lucidanti, agiscono come agenti strutturanti e leganti nei cosmetici e nei prodotti farmaceutici, fungono da agenti distaccanti e rivestimenti protettivi nell’industria alimentare e svolgono la funzione di lubrificanti, adesivi e materiali a cambiamento di fase per l’accumulo di energia nelle applicazioni tecniche.
Qual è la polarità delle diverse cere?
La polarità delle cere varia in base alla loro composizione chimica. Le cere paraffiniche e di polietilene sono prevalentemente apolari, la cera d’api e la cera carnauba presentano una debole polarità dovuta agli esteri e agli acidi grassi liberi, mentre la cera montana o alcune cere sintetiche mostrano una polarità moderata per la presenza di gruppi funzionali carbossilici e ammidici.
Hielscher Ultrasonics produce omogeneizzatori a ultrasuoni ad alte prestazioni dalla scala di laboratorio alla scala industriale.