Emulsioni di cera con gli ultrasuoni di potenza
Quando la cera viene dispersa sotto forma di nano-gocce con una distribuzione molto omogenea, si ottengono emulsioni di cera stabili. Gli omogeneizzatori a ultrasuoni generano forze di taglio elevate e sono sistemi affidabili e robusti per produrre nano-emulsioni 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 di paraffina.
Le emulsioni e le dispersioni sub-microniche e nano possono essere formulate utilizzando una combinazione di varie cere per ottenere un prodotto 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'emulsione a ultrasuoni produce particelle di dimensioni nanometriche e una distribuzione uniforme.
Sistema industriale a ultrasuoni per la produzione di emulsioni di cera.
- gocce di dimensioni molto ridotte, inferiori a 100 nm
- emulsioni stabili
- durata di conservazione prolungata (stabilità meccanica)
- maggiore efficacia
- controllo preciso del processo
Nanoemulsione di cera di paraffina a ultrasuoni
Come preparare un'emulsione di cera paraffina stabile
L'emulsione di cera di dimensioni nanometriche è formulata a partire da paraffina fusa (come fase oleosa), acqua distillata e SDS anionico come tensioattivo. Per formare una premiscela grossolana, la cera, l'acqua e il tensioattivo sono stati omogeneizzati con un agitatore magnetico a 1000 giri al minuto. Quindi, il tensioattivo (concentrazione 10 mg/ml di emulsione) e l'acqua vengono mescolati in un becker e riscaldati a circa 65-70ºC. Quindi, la cera di paraffina viene aggiunta a gocce mantenendo una frazione di volume della fase oleosa pari a 0,2 sotto agitazione magnetica.
Dopo l'aggiunta completa della cera di paraffina, l'emulsione premiscelata grossolanamente viene sonicato con un omogeneizzatore a ultrasuoni da banco UIP1000hdT (1000W, 20kHz) per circa 15 minuti. Il processo di emulsione a ultrasuoni produce una nanoemulsione di cera con un'elevata stabilità.
Per saperne di più sull'emulsione di paraffina mediante sonicazione!
Nanoemulsioni ad ultrasuoni preparate con Hielscher UP400St
tensioattivi
Le emulsioni di cera possono essere stabilizzate da un meccanismo sterico (utilizzando emulsionanti non ionici) o da un meccanismo elettrostatico (utilizzando emulsionanti ionici, spesso anionici). La combinazione di emulsionanti anionici e nonionici garantisce all'emulsione una stabilità ottimale, poiché le particelle di cera sono protette da entrambi i meccanismi di stabilizzazione. Si tratta del cosiddetto meccanismo di stabilizzazione elettro-sterica.
Per l'emulsione 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 come tensioattivi non ionici, poiché offrono una straordinaria stabilità contro l'acqua dura, gli shock di pH e gli elettroliti. Per altre caratteristiche specifiche del materiale, se ne utilizzano diversi, ad esempio tensioattivi anionici per una migliore idrofobicità o tensioattivi cationici per una migliore adesione.
Nota: più le gocce sono piccole, 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, della lunghezza o del raggio, l'aumento dell'area superficiale è x al quadrato (x2) e l'aumento di volume x è al cubo (x3).
Formulazione con emulsioni e dispersioni di cera
Gli omogeneizzatori a ultrasuoni non vengono utilizzati solo per formare emulsioni/dispersioni di cera – sono utilizzati per lavorare le emulsioni di cera in ulteriori fasi per incorporare l'emulsione come additivo nel prodotto finale (ad esempio rivestimenti, lacche, vernici, cosmetici, ecc.).
Omogeneizzatori a ultrasuoni per uso intensivo per emulsioni di cera stabili
Hielscher Ultrasonics è un fornitore di fama mondiale di omogeneizzatori a ultrasuoni ad alta potenza. I nostri ultrasuonatori sono presenti in tutto il mondo come apparecchi affidabili e robusti. “cavalli da lavoro” nell'industria chimica, farmaceutica, cosmetica e alimentare. Gli ultrasuonatori industriali Hielscher sono in grado di erogare continuamente ampiezze molto elevate, fino a 200 µm (e superiori su richiesta), per generare una cavitazione intensa e un taglio elevato. Di conseguenza, si producono nano emulsioni e dispersioni ultrafini con distribuzioni di 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 un funzionamento 24 ore su 24, 7 giorni su 7, in condizioni di lavoro gravose e in ambienti difficili.
Sonicatore a sonda UP400St per la preparazione di emulsioni di cera stabili.
| Volume di batch | Portata | Dispositivi raccomandati |
|---|---|---|
| 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 |
| Da 15 a 150L | Da 3 a 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 - 100L/min | UIP16000hdT |
| n.a. | più grande | cluster di UIP16000hdT |
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Potente omogeneizzatore a ultrasuoni da 1,5 kW UIP15000hdT con cella a flusso per l'emulsionamento in linea.
Letteratura / 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.
Particolarità / Cose da sapere
Che cos'è la cera? A cosa servono le cere?
Le cere sono definite come una classe eterogenea di composti organici che sono solidi idrofobici e malleabili a temperatura ambiente. Le cere sono composte da vari componenti, tra cui idrocarburi (alcani e alcheni normali o ramificati), chetoni, dichetoni, alcoli primari e secondari, aldeidi, esteri di steroli, acidi alcanoici, terpeni (squalene) e monoesteri (esteri della cera). La composizione chimica delle cere è complessa e varia, ma in generale le cere contengono una percentuale relativamente alta di alcani e gli idrocarburi hanno catene di carbonio lunghe o molto lunghe (da 12 a circa 38 atomi di carbonio). Sono solide in un ampio intervallo di temperatura (punto di fusione tra 60°C e 100°C). Quando sono fusi, si trasformano in un liquido a bassa viscosità.
Sono caratterizzate da insolubilità in acqua ma solubilità in solventi organici non polari. Le cere si distinguono in naturali (di origine vegetale o 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 di paraffina 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/m3. Ha una struttura macrocristallina ed è insolubile in acqua, ma solubile in etere, benzene e alcuni esteri. Le paraffine derivano dal petrolio grezzo e contengono tra 20 e 40 atomi di carbonio.
Cera microcristallina, noto anche come petrolato, è utilizzato per molteplici applicazioni grazie al suo odore, al colore, al contenuto di olio, alla consistenza e alla proprietà di legare l'olio.
Cere α-olefiniche sono derivate sinteticamente dall'etilene attraverso la sintesi di Fischer-Tropsch con un catalizzatore di Ziegler-Natta o attraverso l'oligomerizzazione dell'etilene. Le cere alfa-olefine sono comunemente utilizzate negli additivi per oli lubrificanti, nei lubrificanti per PVC, nelle candele, nei prodotti chimici per la perforazione del petrolio e nei cosmetici.
Cera di polietilene (PE-WAX) è un polietilene a bassissimo peso molecolare (ULMWPE) costituito da catene di etilene monomero. cera di polipropilene (PP-WAX) è una resina sintetica cristallina a basso contenuto molecolare.
Entrambe le cere, quella di oloetilene e quella di polipropilene, sono omopolimeri e vengono utilizzate principalmente per la formulazione di coloranti per materie plastiche.
Cere copolimeriche come i derivati dell'etilene vinilacetato (EVA) e dell'acido etilenacrilico (EAA) sono ampiamente diffusi nelle formulazioni dei rivestimenti, ad esempio delle basi metalliche.
Le cere e gli additivi a base di cera sono ampiamente utilizzati per conferire a un prodotto lubrificazione/scivolamento, reologia, resistenza all'abrasione, anti-bloccaggio/barriera, lucidatura o opacizzazione, resistenza all'ossidazione e/o idrorepellenza.
Le cere sono un componente ampiamente utilizzato in molti settori industriali, come la produzione di prodotti chimici (ad esempio, le cere fini). & chimica di specialità), rivestimenti, vernici & inchiostri, additivi & modificatori, adesivi, plastica & PVC, pneumatici & gomme, costruzione & edilizia, 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, alloro, jojoba, ecc.
Cere minerali:
- Cere fossili: Ceresina, Montan, Ozocerite, Cera di Torba
- Cere di petrolio: paraffina, cere microcristalline, per esempio petrolato
Cere sintetizzate:
Cere sintetiche: polimeri etilenici, ad esempio polietilene. & esteri di polioli; cere poliolefiniche; cere di ammidi di acidi grassi; naftaleni clorurati; idrocarburi, ad esempio Fischer-Tropsch.
Che cos'è un'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 di cera stabile sono necessari tensioattivi e un sofisticato processo di miscelazione, ad esempio gli ultrasuoni. In termini corretti, un'emulsione di cera deve essere chiamata dispersione di cera, poiché le cere sono solide a temperatura ambiente. Ma poiché le emulsioni/dispersioni di cera vengono preparate con cere fuse, i termini “emulsificazione” e “emulsione di cera” sono più comunemente utilizzati per le formulazioni a base di cera acquosa, mentre il termine “dispersione di cera” descrive soprattutto una formulazione di cera a base di solventi.
Che cos'è un'emulsione
Un'emulsione è una dispersione di liquido in liquido di due o più liquidi immiscibili.
Un'emulsione può presentarsi in vari tipi: w/o, o/w, w/o/w, o/w/o
Il tipo di emulsione (w/o o o/w) può essere esaminato con un test 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 o/w non conducono, mentre le emulsioni o/w conducono la corrente elettrica.
Per l'utilizzo del CoCl2 test su carta da filtro, una carta da filtro viene impregnata con CoCl2 ed essiccato (colore blu). Il colore del CoCl2 carta da filtro diventa rosa quando viene aggiunta un'emulsione o/w.
Hielscher Ultrasonics produce omogeneizzatori a ultrasuoni ad alte prestazioni da laboratorio a dimensioni industriali.