Tecnologia ad ultrasuoni Hielscher

Emulsioni di cera con ultrasuoni di potenza

  • Quando la cera viene dispersa sotto forma di nano goccioline con una distribuzione molto omogenea, si ottiene un'emulsione di cera stabile.
  • Gli omogeneizzatori ad ultrasuoni generano elevate forze di taglio e sono sistemi affidabili e robusti per produrre nano-emulsioni stabili di cera.
  • Ultrasuoni Hielscher’ Gli ultrasuoni a taglio alto forniscono emulsioni di qualità superiore per vari settori industriali.

 

Emulsioni di cera ad ultrasuoni

La cesoia ad ultrasuoni crea nano-gocceLe elevate forze di taglio generate ad ultrasuoni forniscono l'energia necessaria per produrre emulsioni di cera di dimensioni ridotte, come ad esempio le nanoemulsioni stabili in paraffina di paraffina.
Le emulsioni e dispersioni sub-micron e nano possono essere formulate utilizzando una combinazione di varie cere per ottenere un prodotto superiore con funzionalità molto elevate (es. lubrificazione, resistenza all'acqua, resistenza ai graffi, resistenza ai graffi, ecc.)
Le elevate forze di taglio degli omogeneizzatori ad ultrasuoni consentono di produrre formulazioni di cera stabili e pronte all'uso con particelle in equilibrio. L'emulsificazione ad ultrasuoni produce particelle di dimensioni ridotte e una distribuzione uniforme.

L'emulsionante ad ultrasuoni offre risultati superiori:

  • dimensioni delle gocce molto piccole con meno di 100nm
  • Emulsioni stabili
  • durata di conservazione prolungata (stabilità meccanica)
  • maggiore efficacia
  • Controllo di processo preciso

Nanoemulsione ultrasonica della cera di paraffina e paraffina

Come preparare un'emulsione stabile di cera paraffinica
L'emulsione di cera di dimensioni nanometriche è formulata a partire da cera di paraffina fusa (come fase oleosa), acqua distillata e SDS anionica come tensioattivo. Per formare una premiscela grossolana, la cera, l'acqua e il tensioattivo vengono omogeneizzati con un agitatore magnetico a 1000 giri/min. Pertanto, il tensioattivo (concentrazione 10 mg/ml di emulsione) e l'acqua vengono miscelati in un becher e riscaldati a circa 65-70ºC. Poi, la cera di paraffina viene aggiunta a goccia mantenendo una frazione di volume a 0,2 fasi oleose sotto agitazione magnetica.
Dopo l'aggiunta completa della paraffina, l'emulsione premiscelata grossolanamente viene sonicato con un omogeneizzatore da banco ad ultrasuoni. UIP1000hdT (1000W, 20kHz) per circa 15 min. Il processo di emulsificazione ad ultrasuoni permette di ottenere una nanoemulsione di cera con una stabilità molto elevata.

Cella a flusso di vetro ad emulsionante ultrasonico UIP1000hdT per la produzione di emulsioni a cera (Click to enlarge!)

Emulsione di cera in reattore in linea ad ultrasuoni

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Questo video mostra il processore ad ultrasuoni Hielscher UP400S che prepara un'emulsione di nano olio vegetale in acqua.

Emulsionamento dell'olio vegetale in acqua con l'UP400S

Tensioattivi

Le emulsioni di cera possono essere stabilizzate da un meccanismo sterico (usando emulsionanti non ionici) o da un meccanismo elettrostatico (usando emulsionanti ionici, spesso anionici). La combinazione di emulsionanti anionici e non ionici fornisce all'emulsione la stabilità ottimale perché le particelle di cera sono protette da entrambi i meccanismi di stabilizzazione. Si parla di meccanismo di stabilizzazione elettrosterico.
Per l'emulsione di cere si possono utilizzare vari emulsionanti o tensioattivi, che possono essere anionici, cationici o non ionici. I tensioattivi più comunemente usati sono gli alcol etossilati grassi alcolici come tensioattivi non ionici in quanto offrono una straordinaria stabilità contro l'acqua dura, gli shock del pH e gli elettroliti. Per altre caratteristiche specifiche dei materiali, ne vengono utilizzati diversi altri, ad esempio tensioattivi anionici per una migliore idrofobicità o tensioattivi cationici per una migliore adesione.
Nota: Più piccole sono le gocce, più tensioattivo è necessario per coprire la superficie delle gocce, poiché il rapporto V/S delle sfere è il seguente: S/V = 3/R. Per qualsiasi aumento, x*l o x*r in lunghezza o raggio, l'aumento della superficie è x al quadrato (x2) e l'aumento di volume x è ridotto al minimo (x3).

Formulazione con emulsioni e dispersioni di cera

Gli omogeneizzatori ad ultrasuoni non sono utilizzati solo per formare emulsioni / dispersioni di cera. – sono utilizzati per trattare le emulsioni di cera in fasi successive per incorporare l'emulsione come additivo nel prodotto finale (ad es. rivestimenti, lacche, vernici, cosmetici, ecc.).

Omogeneizzatori ad ultrasuoni per impieghi gravosi

Hielscher Ultrasonics è un fornitore di fama mondiale di omogeneizzatori a ultrasuoni ad alta potenza. I nostri ultrasuoni possono essere trovati in tutto il mondo come affidabili e robusti “cavalli da lavoro” nell'industria chimica, farmaceutica, cosmetica e alimentare. Hielscher's ultrasuoni industriali creare ampiezze molto elevate fino a 200µm (e superiori su richiesta) per generare cavitazione intensa e taglio elevato. Come risultato, si producono nanemulsioni e dispersioni ultrasottili con distribuzioni di particelle molto strette. I nostri sistemi ad ultrasuoni ad alta potenza vi aiutano ad ottenere una qualità superiore delle vostre formulazioni di cera.
La robustezza delle apparecchiature ad ultrasuoni Hielscher consente un funzionamento 24/7 in ambienti gravosi e impegnativi.

La tabella seguente fornisce un'indicazione della capacità di lavorazione approssimativa dei nostri ultrasuoni:

Volume di batch Portata Dispositivi raccomandati
0,5-1,5 mL 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 UIP4000
n.a. 10 - 100L/min UIP16000
n.a. più grande cluster di UIP16000

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Gli ultrasuoni Hielscher, dal laboratorio alla scala industriale, forniscono la potenza di sonicazione necessaria per le nanoemulsioni. (Clicca per ingrandire!)

Potente processore ad ultrasuoni da 1.5kW UIP15000hd

Letteratura/riferimenti

  • Behrend, O.; Ax, K.; Schubert, H. (2000): Influenza della viscosità a fase continua sull'emulsificazione ad ultrasuoni. Ultrason Sonochem. 7(2), 2000. 77-85.
  • Hosseini S.; Tarzi B. G. G.; Gharachorloo M.; Ghavami M.; Bakhoda H. (2015): Ottimizzazione della stabilità delle nanoemulsioni di olio di lino in acqua generate dall'emulsificazione ultrasonica utilizzando la Response Surface Methodology (RSM). Orient J Chem 31(2), 2015.
3 passaggi per un'elaborazione a ultrasuoni di successo: Fattibilità- Ottimizzazione - Scale-up (Clicca per ingrandire!)

Gli estrattori ad ultrasuoni Hielscher soddisfano le esigenze di diversi settori, dagli studi di fattibilità di laboratorio, alla produzione commerciale.



Particolarità / Cose da sapere

Cera

Le cere sono definite come una classe diversificata di composti organici idrofobici, solidi malleabili a temperature ambiente vicine. Le cere sono composte da vari componenti tra cui idrocarburi (alcani e alcheni normali o ramificati), chetoni, dichetoni, alcoli primari e secondari, aldeidi, esteri sterolici, acidi alcanoici, terpeni (squalene) e monoesteri (esteri di cera). La composizione chimica delle cere è complessa e varia, ma in generale le cere contengono una proporzione relativamente alta di alcani e gli idrocarburi hanno catene di carbonio lunghe o molto lunghe (da 12 fino a circa 38 atomi di carbonio). Sono solidi in un ampio intervallo di temperatura (punto di fusione tra 60°C e 100°C). Quando fuse, si trasformano in un liquido a bassa viscosità.
Si caratterizzano per la loro insolubilità in acqua ma solubilità in solventi organici non polari. Le cere si distinguono in cere naturali (di origine vegetale, di origine animale), semisintetiche e sintetiche.
Per la produzione commerciale di cere, il petrolio greggio è la fonte principale.

I due tipi di cera di petrolio più importanti sono la paraffina e le cere microcristalline:
Cere paraffiniche è caratterizzato da una consistenza solida, bianca, inodore, insapore e cerosa, con un punto di fusione tipico tra 46°C e 68°C (115°F e 154°F), e una densità di circa 900 kg/m.3. Ha una struttura macrocristallina ed è insolubile in acqua, ma solubile in etere, benzene e alcuni esteri. Le cere paraffiniche sono derivate dal petrolio greggio e contengono tra i 20 e i 40 atomi di carbonio.
Cera microcristallinanoto anche come petrolato, è usato per molteplici applicazioni per il suo odore, colore, contenuto di olio, consistenza e proprietà di legante dell'olio.

Cere α-olefina sono derivati sinteticamente dall'etilene tramite sintesi Fischer-Tropsch con un catalizzatore Ziegler-Natta o tramite oligomerizzazione dell'etilene. Le cere alfa-olefine sono più comunemente usate negli additivi dell'olio lubrificante, lubrificanti per PVC, candele, prodotti chimici per la perforazione dell'olio e cosmetici.

Cera di polietilene (PE-WAX) è un polietilene a basso peso molecolare (ULMWPE) costituito da catene monomero di etilene. Cera di polipropilene (PP-WAX) è una resina sintetica, cristallina a bassa molecolare.
Sia le cere in polietilene che quelle in polipropilene sono omopolimeri e vengono utilizzate principalmente per la formulazione di coloranti per le materie plastiche.

Cere copolimeriche come i derivati dell'etilenvinilacetato (EVA) e dell'acido etilenacrilico (EAA) sono ampiamente diffusi nelle formulazioni dei rivestimenti, ad esempio le basi metalliche.

Le cere e gli additivi per cera sono ampiamente utilizzati per conferire al prodotto lubrificazione/scivolo, reologia, resistenza all'abrasione, anti-bloccaggio/barriera, lucidatura o stuoia, resistenza all'ossidazione e/o idrorepellenza.
Le cere sono un componente ampiamente utilizzato in molti settori industriali, come ad esempio nella produzione di prodotti chimici (ad esempio le cere fini). & chimica di specialità), rivestimenti, vernici, pitture & inchiostri, additivi & modificatori, adesivi, adesivi, plastica & PVC, pneumatici & gomme, costruzioni & di controllo termostatico, dispositivi di controllo termostatico, imballaggi, alimenti e cosmetici.

Cere naturali:

  • Cere animali: cera d'api, lanolina, sego, sego, gommalacca, spermaceti
  • Cere vegetali: carnauba, candelilla, soia, ricino, ricino, crusca di riso, bayberry, jojoba, ecc.

Cere minerali:

  • Cere fossili: Ceresin, Montan, Ozocerite, cera di torba
  • Cere di petrolio: paraffina, cere microcristalline, ad esempio petrolato.

Cere sintetiche:
Cere sintetiche: polimeri etilenici, ad esempio polietilene. & eteri di poliolo; cere poliolefiniche; cere di ammidi di acidi grassi; naftaleni clorurati; tipo idrocarburo, ad esempio Fischer-Tropsch

Emulsione di cera

Un'emulsione/dispersione di cera è una miscela stabile di una o più cere in acqua. Poiché le cere e i liquidi acquosi sono normalmente immiscibili, per formare un'emulsione stabile sono necessari tensioattivi e un sofisticato processo di miscelazione, ad esempio gli ultrasuoni di potenza. In termini corretti, un'emulsione di cera deve essere chiamata dispersione di cera in quanto le cere sono solide a temperatura ambiente. Ma poiché le emulsioni / dispersioni di cera sono preparate con cere fuse, i termini “emulsificazione” e “Emulsione di cera” sono più comunemente usati per le formulazioni di cere acquose, mentre il termine “dispersione di cera” descrive principalmente una formulazione di cera a base solvente.

Emulsione

Un'emulsione è un liquido in dispersione liquida di due o più liquidi immiscibili.
Un'emulsione può verificarsi in vari tipi: w/o, o/w, w/o/w, w/o/w, o/w/o
Il tipo di emulsione (senza o senza o senza) può essere esaminato con una prova di diluizione. L'emulsione può essere diluita solo con la fase continua / esterna. Un altro metodo per identificare il tipo di emulsione è il test di conducibilità. Le emulsioni ioniche non conducono, mentre le emulsioni conducono corrente elettrica.
Per l'uso del CoCl2 test della carta da filtro, una carta da filtro viene impregnata con CoCl2 ed essiccato (colore blu). Il colore del CoCl2 la carta da filtro diventa rosa quando viene aggiunta un'emulsione.