Emulsioni di cera con ultrasuoni di potenza
Quando la cera viene dispersa sotto forma di nanogocce con una distribuzione molto omogenea, si ottiene un’emulsione di cera stabile. Gli omogeneizzatori a ultrasuoni generano elevate forze di taglio e sono sistemi affidabili e robusti per produrre nanoemulsioni di cera stabili. Gli omogeneizzatori ad alto taglio di Hielscher Ultrasonics producono emulsioni di qualità superiore per diversi settori industriali.
Emulsioni di cera a ultrasuoni
Le elevate forze di taglio generate dagli ultrasuoni forniscono l’energia necessaria per produrre emulsioni di cera di dimensioni nanometriche, ad esempio nanoemulsioni stabili di cera paraffinica.
È possibile formulare emulsioni e dispersioni submicrometriche e nanometriche utilizzando una combinazione di diverse cere per ottenere un prodotto di qualità superiore con funzionalità molto elevate (ad esempio lubrificazione, resistenza all’acqua, resistenza ai graffi ecc.).
Le elevate forze di taglio degli omogeneizzatori a ultrasuoni consentono di produrre formulazioni di cera stabili e pronte all’uso con particelle in equilibrio. L’emulsificazione a ultrasuoni produce particelle di dimensioni nanometriche e una distribuzione uniforme.
Sistema industriale a ultrasuoni a flusso continuo per la produzione di emulsioni di cera.
- dimensioni delle gocce molto piccole, inferiori a 100nm
- emulsioni stabili
- durata di conservazione prolungata (stabilità meccanica)
- maggiore efficacia
- controllo preciso del processo
Nanoemulsione di cera paraffinica a ultrasuoni
Come preparare un’emulsione stabile di cera paraffinica
L’emulsione di cera di dimensioni nanometriche viene formulata a partire da cera paraffinica fusa (come fase oleosa), acqua distillata e SDS anionico come tensioattivo. Per formare una premiscela grossolana, la cera, l’acqua e il tensioattivo vengono omogeneizzati utilizzando un agitatore magnetico a 1000 rpm. A tale scopo, il tensioattivo (concentrazione di 10 mg/ml di emulsione) e l’acqua vengono miscelati in un becher e riscaldati a circa 65–70ºC. La cera paraffinica viene quindi aggiunta goccia a goccia mantenendo una frazione volumetrica della fase oleosa pari a 0,2 sotto agitazione magnetica.
Dopo l’aggiunta completa della cera paraffinica, l’emulsione premiscelata grossolanamente viene sottoposta a sonicazione con un omogeneizzatore a ultrasuoni da banco UIP1000hdT (1000W, 20kHz) per circa 15 min. Il processo di emulsificazione a ultrasuoni produce una nanoemulsione di cera con una stabilità molto elevata.
Scoprite di più sull’emulsione di cera paraffinica mediante sonicazione!
Nanoemulsioni a ultrasuoni preparate con Hielscher UP400St
Tensioattivi
Le emulsioni di cera possono essere stabilizzate mediante un meccanismo sterico (utilizzando emulsionanti non ionici) oppure mediante un meccanismo elettrostatico (utilizzando emulsionanti ionici, più spesso anionici). La combinazione di emulsionanti anionici e non ionici conferisce all’emulsione una stabilità ottimale, poiché le particelle di cera sono protette da entrambi i meccanismi di stabilizzazione. Questo viene definito meccanismo di stabilizzazione elettrosterica.
Per l’emulsificazione delle cere si possono utilizzare diversi emulsionanti o tensioattivi, che possono essere anionici, cationici o non ionici. I tensioattivi più comunemente utilizzati sono gli alcoli grassi etossilati, impiegati come tensioattivi non ionici perché offrono una stabilità straordinaria nei confronti dell’acqua dura, delle brusche variazioni di pH e degli elettroliti. Per ottenere altre caratteristiche specifiche del materiale si utilizzano diversi altri tensioattivi, ad esempio tensioattivi anionici per una migliore idrofobicità o tensioattivi cationici per una migliore adesione.
Nota: quanto più piccole sono le gocce, tanto maggiore è la quantità di tensioattivo necessaria per ricoprirne la superficie, poiché il rapporto V/S delle sfere è il seguente: S/V = 3/R. Per qualsiasi aumento, x*l o x*r, della lunghezza o del raggio, l’aumento dell’area superficiale è pari a x al quadrato (x2) e l’aumento del volume è pari a x al cubo (x3).
Formulazione con emulsioni e dispersioni di cera
Gli omogeneizzatori a ultrasuoni non vengono utilizzati soltanto per formare emulsioni / dispersioni di cera – vengono impiegati anche per trattare le emulsioni di cera nelle fasi successive, al fine di incorporare l’emulsione come additivo nel prodotto finale (ad esempio rivestimenti, lacche, vernici, cosmetici ecc.).
Omogeneizzatori a ultrasuoni per impieghi gravosi per emulsioni di cera stabili
Hielscher Ultrasonics è un fornitore di omogeneizzatori a ultrasuoni ad alta potenza rinomato in tutto il mondo. I nostri sonicatori sono utilizzati in tutto il mondo come veri e propri «cavalli da lavoro», affidabili e robusti, nei settori chimico, farmaceutico, cosmetico e alimentare. I sonicatori industriali Hielscher sono in grado di erogare continuamente ampiezze molto elevate, fino a 200µm (e superiori su richiesta), per generare una cavitazione intensa e un elevato taglio. Si producono così nanoemulsioni e dispersioni ultrafini con distribuzioni dimensionali delle particelle molto strette. I nostri sistemi a ultrasuoni ad alta potenza vi aiutano a ottenere una qualità superiore delle vostre formulazioni di cera.
La robustezza dei sonicatori Hielscher consente il funzionamento 24/7 per impieghi gravosi e in ambienti impegnativi.
Sonicatore a sonda UP400St per la preparazione di emulsioni di cera stabili.
| Volume del lotto | Portata | Dispositivi consigliati |
|---|---|---|
| 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 |
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Potente omogeneizzatore a ultrasuoni UIP15000hdT da 1,5kW con cella di flusso per l’emulsificazione in linea.
Bibliografia / Riferimenti
- 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.
Informazioni utili
Che cos’è la cera? A cosa servono le cere?
Le cere sono definite come una classe eterogenea di composti organici che si presentano come solidi idrofobi e malleabili a temperature prossime a quella ambiente. Le cere sono costituite da vari componenti, tra cui idrocarburi (alcani e alcheni lineari o ramificati), chetoni, dichetoni, alcoli primari e secondari, aldeidi, esteri degli steroli, acidi alcanoici, terpeni (squalene) e monoesteri (esteri delle cere). La composizione chimica delle cere è complessa e variabile, ma in generale le cere contengono una percentuale relativamente elevata di alcani e gli idrocarburi presentano catene carboniose lunghe o molto lunghe (da 12 fino a circa 38 atomi di carbonio). Sono solide in un ampio intervallo di temperatura (punto di fusione tra 60°C e 100°C). Quando fondono, si trasformano in un liquido a bassa viscosità.
Sono caratterizzate dall’insolubilità in acqua e dalla solubilità in solventi organici apolari. Le cere si possono distinguere in naturali (di origine vegetale o animale), semisintetiche e sintetiche.
Per la produzione commerciale delle cere, il petrolio greggio è la fonte principale.
I due tipi più importanti di cere petrolifere sono le cere paraffiniche e quelle microcristalline:
Le cere paraffiniche presentano per lo più una consistenza solida e cerosa, bianca, inodore e insapore, con un punto di fusione tipico compreso tra 46°C e 68°C (115°F e 154°F) e una densità di circa 900 kg/m3. Hanno una struttura macrocristallina e sono insolubili in acqua, ma solubili in etere, benzene e alcuni esteri. Le cere paraffiniche derivano dal petrolio greggio e contengono tra 20 e 40 atomi di carbonio.
La cera microcristallina, nota anche come petrolato, viene utilizzata in molteplici applicazioni per il suo odore, colore, contenuto di olio, consistenza e capacità di legare l’olio.
Le cere α-olefiniche vengono prodotte sinteticamente dall’etilene mediante sintesi Fischer-Tropsch con un catalizzatore Ziegler-Natta oppure mediante oligomerizzazione dell’etilene. Le cere alfa-olefiniche sono utilizzate più comunemente negli additivi per oli lubrificanti, nei lubrificanti per PVC, nelle candele, nei prodotti chimici per la perforazione petrolifera e nei cosmetici.
La cera di polietilene (PE-WAX) è un polietilene a peso molecolare ultrabasso (ULMWPE) costituito da catene di monomeri di etilene. La cera di polipropilene (PP-WAX) è una resina sintetica cristallina a basso peso molecolare.
Sia le cere di polietilene sia quelle di polipropilene sono omopolimeri e vengono utilizzate principalmente per la formulazione di coloranti per materie plastiche.
Le cere copolimeriche come i derivati dell’etilene vinil acetato (EVA) e dell’etilene acido acrilico (EAA) sono ampiamente diffuse nelle formulazioni di rivestimenti, ad esempio nelle basi metallizzate.
Le cere e gli additivi a base di cera sono ampiamente utilizzati per conferire a un prodotto lubrificazione/scorrevolezza, proprietà reologiche, resistenza all’abrasione, proprietà antiadesione/di barriera, lucidità o opacità, resistenza all’ossidazione e/o idrorepellenza.
Le cere sono un componente ampiamente utilizzato in molti settori industriali, tra cui la produzione di prodotti chimici (ad esempio chimica fine e specialistica), rivestimenti, vernici e inchiostri, additivi e modificatori, adesivi, materie plastiche e PVC, pneumatici e gomme, edilizia e costruzioni, dispositivi di controllo termostatico, imballaggi, alimenti e cosmetici.
Cere naturali:
- Cere animali: cera d’api, lanolina, sego, gommalacca, spermaceti
- Cere vegetali: carnauba, candelilla, soia, ricino, crusca di riso, mirica, jojoba ecc.
Cere minerali:
- Cere fossili: ceresina, cera montana, ozocerite, cera di torba
- Cere petrolifere: paraffina, cere microcristalline, ad esempio petrolato
Cere ottenute per sintesi:
Cere sintetiche: polimeri etilenici, ad esempio polietilene ed eteri-esteri di polioli; cere poliolefiniche; cere ammidiche degli acidi grassi; naftaleni clorurati; cere di tipo idrocarburico, ad esempio Fischer-Tropsch.
Che cos’è un’emulsione di cera?
Un’emulsione di cera / una 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 di cera stabile sono necessari tensioattivi e un processo di miscelazione sofisticato, ad esempio gli ultrasuoni di potenza. In termini corretti, un’emulsione di cera deve essere chiamata dispersione di cera, poiché le cere sono solide a temperatura ambiente. Tuttavia, poiché le emulsioni / dispersioni di cera vengono preparate con cere fuse, i termini «emulsificazione» ed «emulsione di cera» sono quelli più comunemente utilizzati per le formulazioni acquose di cera, mentre il termine «dispersione di cera» descrive prevalentemente una formulazione di cera a base di solvente.
Che cos’è un’emulsione
Un’emulsione è una dispersione liquido in liquido di due o più liquidi immiscibili.
Un’emulsione può presentarsi in diversi tipi: w/o, o/w, w/o/w, o/w/o
Il tipo di emulsione (w/o oppure o/w) può essere esaminato mediante una prova di diluizione. L’emulsione può essere diluita soltanto con la fase continua / esterna. Un altro metodo per identificare il tipo di emulsione consiste nella prova di conducibilità. Le emulsioni ioniche o/w non conducono, mentre le emulsioni o/w conducono la corrente elettrica.
Per eseguire la prova con carta da filtro al CoCl2 , una carta da filtro viene impregnata con CoCl2 ed essiccata (colore blu). Il colore della carta da filtro al CoCl2 diventa rosa quando viene aggiunta un’emulsione o/w.
Hielscher Ultrasonics produce omogeneizzatori a ultrasuoni ad alte prestazioni, dalle dimensioni da laboratorio a quelle industriali.