고출력 초음파를 이용한 왁스 에멀젼
왁스를 나노 액적으로 매우 균일하게 분산시키면 안정적인 왁스 에멀젼을 얻을 수 있습니다. 초음파 균질기는 높은 전단력을 발생시키며, 안정적인 왁스 나노 에멀젼을 생산하는 신뢰할 수 있고 견고한 시스템입니다. Hielscher Ultrasonics의 고전단 균질기는 다양한 산업 분야에 우수한 에멀젼을 제공합니다.
초음파 왁스 에멀젼
초음파로 발생시킨 높은 전단력은 안정적인 파라핀 왁스 나노 에멀젼과 같은 나노 크기의 왁스 에멀젼을 생산하는 데 필요한 에너지를 제공합니다.
매우 높은 기능성(예: 윤활성, 내수성, 내스크래치성 등)을 갖춘 우수한 제품을 얻기 위해 다양한 왁스를 조합하여 서브마이크론 및 나노 크기의 에멀젼과 분산액을 배합할 수 있습니다.
초음파 균질기의 높은 전단력은 입자가 평형 상태에 있는 안정적인 즉시 사용 가능한 왁스 제형의 생산을 가능하게 합니다. 초음파 유화를 통해 나노 크기의 입자와 균일한 분포를 얻을 수 있습니다.
왁스 에멀젼 생산용 산업용 초음파 유통식 시스템.
- 100nm 미만의 매우 작은 액적 크기
- 안정적인 에멀젼
- 연장된 보관 수명(기계적 안정성)
- 더 높은 효능
- 정밀한 공정 제어
초음파 파라핀 왁스 나노 에멀젼
안정적인 파라핀 왁스 에멀젼을 제조하는 방법
나노 크기의 왁스 에멀젼은 용융 파라핀 왁스(유상), 증류수, 계면활성제인 음이온성 SDS로 배합합니다. 조대한 예비 혼합물을 만들기 위해 왁스, 물, 계면활성제를 자석 교반기로 1000 rpm에서 균질화합니다. 이를 위해 계면활성제(에멀젼 내 농도 10 mg/ml)와 물을 비커에서 혼합하고 약 65–70ºC로 가열합니다. 그런 다음 자석 교반을 하면서 유상 부피 분율을 0.2로 유지하며 파라핀 왁스를 한 방울씩 첨가합니다.
파라핀 왁스를 모두 첨가한 후, 조대하게 예비 혼합한 에멀젼을 탁상형 초음파 균질기 UIP1000hdT(1000W, 20kHz)를 사용하여 약 15 min 동안 초음파 처리합니다. 초음파 유화 공정을 통해 안정성이 매우 높은 왁스 나노 에멀젼을 얻을 수 있습니다.
초음파 처리를 이용한 파라핀 왁스 에멀젼에 대해 자세히 알아보세요!
Hielscher UP400St로 제조한 초음파 나노 에멀젼
계면활성제
왁스 에멀젼은 입체적 메커니즘(비이온성 유화제 사용) 또는 정전기적 메커니즘(이온성 유화제, 주로 음이온성 유화제 사용)으로 안정화할 수 있습니다. 음이온성 유화제와 비이온성 유화제를 조합하면 왁스 입자가 두 안정화 메커니즘 모두를 통해 보호되므로 에멀젼에 최적의 안정성을 부여합니다. 이를 정전기적·입체적 안정화 메커니즘이라고 합니다.
왁스 유화에는 음이온성, 양이온성 또는 비이온성의 다양한 유화제나 계면활성제를 사용할 수 있습니다. 가장 흔히 사용되는 계면활성제는 비이온성 계면활성제인 지방 알코올 에톡실레이트로, 경수, 급격한 pH 변화 및 전해질에 대해 탁월한 안정성을 제공하기 때문입니다. 그 밖의 특정 재료 특성을 위해서는 다양한 다른 계면활성제를 사용합니다. 예를 들어 소수성을 높이기 위해 음이온성 계면활성제를, 접착성을 높이기 위해 양이온성 계면활성제를 사용합니다.
참고: 구의 V/S 비는 다음과 같으므로 액적이 작을수록 액적 표면을 덮는 데 더 많은 계면활성제가 필요합니다: S/V = 3/R. 길이 또는 반지름이 x*l 또는 x*r로 증가할 때마다 표면적은 x의 제곱(x2)배로 증가하고 부피는 x의 세제곱만큼 증가합니다(x3).
왁스 에멀젼 및 분산액을 이용한 배합
초음파 균질기는 왁스 에멀젼 / 분산액을 만드는 데 사용될 뿐만 아니라, 후속 단계에서 왁스 에멀젼을 처리하여 최종 제품(예: 코팅제, 래커, 페인트, 화장품 등)에 첨가제로 혼입하는 데에도 사용됩니다.
안정적인 왁스 에멀젼을 위한 고부하용 초음파 균질기
Hielscher Ultrasonics는 고출력 초음파 균질기 공급업체로 전 세계적으로 명성이 높습니다. 당사의 초음파 처리기는 화학, 제약, 화장품 및 식품 산업에서 신뢰할 수 있고 견고한 “일꾼”으로 전 세계에서 사용되고 있습니다. Hielscher 산업용 초음파 처리기는 강력한 캐비테이션과 높은 전단을 발생시키기 위해 최대 200µm의 매우 높은 진폭을 지속적으로 제공할 수 있으며, 요청 시 그 이상의 진폭도 제공할 수 있습니다. 그 결과 입도 분포가 매우 좁은 초미세 나노 에멀젼과 분산액이 생성됩니다. 당사의 고출력 초음파 시스템은 우수한 품질의 왁스 제형을 얻는 데 도움이 됩니다.
Hielscher 초음파 처리기는 견고하여 높은 부하와 까다로운 환경에서도 24/7 가동할 수 있습니다.
프로브형 초음파 처리기 UP400St – 안정적인 왁스 에멀젼 제조용.
| 배치 부피 | 유량 | 권장 장비 |
|---|---|---|
| 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 |
| 15–150L | 3–15L/min | UIP6000hdT |
| 해당 없음 | 10–100L/min | UIP16000hdT |
| 해당 없음 | 더 높은 유량 | 클러스터 구성: UIP16000hdT |
연락하세요! / 문의하세요!
강력한 1.5kW 초음파 균질기 UIP15000hdT – 인라인 유화용 플로우 셀 장착.
문헌 / 참고 자료
- 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.
알아두면 유용한 정보
왁스란 무엇인가? 왁스는 어디에 사용되는가?
왁스는 상온에 가까운 온도에서 소수성을 띠며 가소성이 있는 고체 상태의 다양한 유기 화합물군으로 정의됩니다. 왁스는 탄화수소(직쇄 또는 분지형 알케인과 알켄), 케톤, 다이케톤, 일차 및 이차 알코올, 알데하이드, 스테롤 에스터, 알케인산, 테르펜(스쿠알렌), 모노에스터(왁스 에스터) 등 다양한 성분으로 구성됩니다. 왁스의 화학적 조성은 복잡하고 다양하지만, 일반적으로 알케인의 비율이 비교적 높으며 탄화수소는 긴 또는 매우 긴 탄소 사슬(탄소 원자 12개에서 최대 약 38개)을 갖습니다. 왁스는 넓은 온도 범위에서 고체 상태를 유지합니다(융점은 60°C–100°C). 용융되면 점도가 낮은 액체로 변합니다.
물에는 녹지 않지만 비극성 유기 용매에는 녹는 특성이 있습니다. 왁스는 천연 왁스(식물성, 동물성), 반합성 왁스 및 합성 왁스로 구분할 수 있습니다.
왁스를 상업적으로 생산할 때 주원료는 원유입니다.
가장 중요한 두 가지 석유 왁스 유형은 파라핀 왁스와 미세결정질 왁스입니다:
파라핀 왁스는 대부분 흰색의 무취, 무미인 왁스상 고체 성상을 나타내며, 일반적인 융점은 46°C–68°C(115°F–154°F)이고 밀도는 약 900 kg/m3입니다. 거대결정 구조를 가지며 물에는 녹지 않지만 에터, 벤젠 및 특정 에스터에는 녹습니다. 파라핀 왁스는 원유에서 얻으며 탄소 원자를 20–40개 포함합니다.
미세결정질 왁스는 페트롤라툼으로도 알려져 있으며, 냄새, 색상, 오일 함량, 성상 및 오일 결합 특성으로 인해 다양한 용도로 사용됩니다.
α-올레핀 왁스는 Ziegler-Natta 촉매를 사용하는 Fischer-Tropsch 합성 또는 에틸렌의 올리고머화를 통해 에틸렌으로부터 합성됩니다. 알파-올레핀 왁스는 윤활유 첨가제, PVC 윤활제, 양초, 석유 시추용 화학제품 및 화장품에 가장 흔히 사용됩니다.
폴리에틸렌 왁스 (PE-WAX)는 에틸렌 단량체 사슬로 구성된 초저분자량 폴리에틸렌(ULMWPE)입니다. 폴리프로필렌 왁스 (PP-WAX)는 합성 결정성 저분자량 수지입니다.
폴리에틸렌 왁스와 폴리프로필렌 왁스는 모두 단일중합체이며, 주로 플라스틱용 착색제의 배합에 사용됩니다.
공중합체 왁스의 예로는 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA)와 에틸렌 아크릴산(EAA)의 유도체가 있으며, 금속성 베이스코트 등 코팅제 배합에 널리 사용됩니다.
왁스와 왁스 첨가제는 제품에 윤활성/미끄럼성, 유변학적 특성, 내마모성, 블로킹 방지/차단성, 광택 또는 무광 효과, 산화 저항성 및/또는 발수성을 부여하는 데 널리 사용됩니다.
왁스는 화학제품(예: 정밀 및 특수 화학제품), 코팅제, 페인트 및 잉크, 첨가제 및 개질제, 접착제, 플라스틱 및 PVC, 타이어 및 고무, 건설 및 건축, 항온 제어 장치, 포장재, 식품, 화장품의 생산 등 여러 산업에서 널리 사용되는 성분입니다.
천연 왁스:
- 동물성 왁스: 밀랍, 라놀린, 수지, 셸락, 경랍
- 식물성 왁스: 카르나우바, 칸데릴라, 대두, 피마자, 쌀겨, 베이베리, 호호바 등
광물성 왁스:
- 화석 왁스: 세레신, 몬탄, 오조케라이트, 이탄 왁스
- 석유 왁스: 파라핀, 미세결정 왁스(예: 페트롤라툼)
합성 왁스:
합성 왁스: 에틸렌계 중합체(예: 폴리에틸렌 및 폴리올 에테르-에스테르); 폴리올레핀 왁스; 지방산 아미드 왁스; 염소화 나프탈렌; 탄화수소계(예: 피셔-트롭슈 왁스).
왁스 에멀전이란?
왁스 에멀전 / 왁스 분산액은 한 종류 또는 여러 종류의 왁스가 물에 안정적으로 혼합된 혼합물입니다. 왁스와 수성 액체는 일반적으로 서로 섞이지 않으므로, 안정적인 왁스 에멀전을 형성하려면 계면활성제와 고출력 초음파 같은 정교한 혼합 공정이 필요합니다. 왁스는 실온에서 고체이므로 정확한 용어로는 왁스 에멀전을 왁스 분산액이라고 불러야 합니다. 그러나 왁스 에멀전 / 분산액은 용융 왁스로 제조되므로, 수성 왁스 제형에는 “유화”와 “왁스 에멀전”이라는 용어가 가장 흔히 사용되는 반면, “왁스 분산액”이라는 용어는 주로 용매 기반 왁스 제형을 가리킵니다.
에멀전이란
에멀전은 서로 섞이지 않는 두 종류 이상의 액체로 이루어진 액체 내 액체 분산계입니다.
에멀전은 w/o, o/w, w/o/w, o/w/o 등 다양한 유형으로 존재할 수 있습니다.
에멀전의 유형(w/o 또는 o/w)은 희석 시험으로 확인할 수 있습니다. 에멀전은 연속상 / 외부상으로만 희석할 수 있습니다. 에멀전의 유형을 식별하는 또 다른 방법은 전도도 시험입니다. 이온성 o/w 에멀전은 전기가 통하지 않는 반면, o/w 에멀전은 전류를 전도합니다.
CoCl2 여과지 시험에서는 여과지를 CoCl2 함침 처리한 후 건조합니다(청색). CoCl2 여과지는 o/w 에멀전을 첨가하면 분홍색으로 변합니다.
Hielscher Ultrasonics는 실험실 규모 부터 산업 규모까지 고성능 초음파 균질기를 제조합니다.