Nanodaļiņu dispersijas vaskā – izveidojiet stabilas kompozīcijas!
Nanodaļiņu disperģēšana vaska matricās ir svarīgs, taču sarežģīts uzdevums pārklājumu, kosmētikas, farmācijas un fāžu maiņas materiālu jomā. Ņemot vērā izkausētu vasku viskozitāti, to hidrofobitāti un nanodaļiņu tendenci aglomerēties augstas virsmas enerģijas dēļ, nanodaļiņu dispersiju sagatavošanai vaskā ir nepieciešamas speciālas zināšanas. Hielscher ultraskaņas apstrādes ierīces nodrošina disperģēšanas jaudu, precīzas vadības iespējas un mērogojamību stabilu nanodaļiņu dispersiju ražošanai vaskā gan ar galda iekārtām, gan rūpnieciskā mērogā.
Nanodaļiņu disperģēšanas grūtības vaskā
Nanodaļiņas – gan metāla, gan keramikas, gan oglekļa nanodaļiņas – spēcīgas van der Vālsa mijiedarbības dēļ viegli veido agregātus. Vaskā šo mijiedarbību pastiprina polāru šķīdinātāju vai stabilizatoru trūkums. Mehāniskā maisīšana vai rotora–statora homogenizatori bieži izrādās nepietiekami, īpaši tad, ja nanodaļiņu diametrs ir mazāks par 100 nm vai nepieciešama augsta daļiņu koncentrācija. Viendabīgas dispersijas iegūšanai nepieciešama enerģijas pievade, kas spēj sašķelt aglomerātus nanomērogā, vienlaikus samitrinot daļiņu virsmu ar vaska vidi.
Hielscher zondes tipa ultraskaņas apstrādes ierīces rada stabilas parafīna vaska nanoemulsijas.
Ultraskaņas nanodisperģēšanas mehānisms
Ultraskaņas disperģēšanas augstās efektivitātes pamatā ir akustiskās kavitācijas unikālais darbības mehānisms. Zondes tipa ultraskaņas apstrādes ierīces rada intensīvus kavitācijas spēkus, kad augstas intensitātes zemfrekvences ultraskaņas viļņi izplatās šķidrumā, piemēram, izkausētā vaskā. Burbuļu sabrukšana kavitācijas laikā rada lokālus karstos punktus ar ārkārtīgi lieliem bīdes gradientiem, triecienviļņiem un mikrostrūklām. Šie īslaicīgie spēki pārvar saķeri starp daļiņām un efektīvi deaglomerē nanodaļiņu kopas.
Turklāt apstrāde ar ultraskaņu uzlabo nanodaļiņu virsmu samitrināšanu ar vaska kausējumu. Kavitācijas burbuļu atkārtota sabrukšana samazina starpfāžu virsmas spraigumu, ļaujot vaska molekulām iekļūt starp daļiņām un tās stēriski stabilizēt.
Ar ultraskaņu sagatavotu vaska nanodispersiju lietojumi
Iespēja viendabīgi disperģēt nanodaļiņas vaskā paver daudzveidīgas lietojuma iespējas:
- Pārklājumi un pulēšanas līdzekļi: Silīcija dioksīda vai alumīnija oksīda nanodaļiņu pievienošana palielina cietību, izturību pret skrāpējumiem un spīdumu.
- Kosmētikas kompozīcijas: Titāna dioksīda vai cinka oksīda nanodaļiņas nodrošina aizsardzību pret UV starojumu, vienlaikus saglabājot caurspīdīgumu.
- Fāžu maiņas materiāli (PCM): Grafēns, oglekļa nanocaurulītes vai metālu oksīdi palielina siltumvadītspēju, uzlabojot siltuma uzkrāšanas efektivitāti enerģētikas sistēmās.
- Zāļu vielu piegāde: Vaskā iestrādātas lipofilas nanodaļiņas darbojas kā lēnas izdalīšanās rezervuāri lokālai vai iekšķīgai lietošanai paredzētos preparātos.
Ultraskaņas disperģētāji vaska un nanodaļiņu kompozīcijām
Disperģēšana ar ultraskaņu, izmantojot Hielscher augstas veiktspējas zondes tipa ultraskaņas apstrādes ierīces, ir uzticama un mērogojama metode stabilu vaska nanodispersiju ražošanai.
Hielscher zondes tipa ultraskaņas sistēmas plaši izmanto nanodaļiņu apstrādei, pateicoties to lielajai apstrādes jaudai, precīzai parametru vadībai un lineārai mērogojamībai. Neatkarīgi no tā, vai nanodaļiņu dispersijas vaskā nepieciešams sagatavot partijās vai nepārtrauktā ražošanā plūsmā, Hielscher Ultrasonics piedāvā ideālu ultraskaņas apstrādes aprīkojumu: laboratorijas ultraskaņas homogenizatori ir ideāli piemēroti pētniecībai un produktu izstrādei, savukārt rūpnieciskās ultraskaņas plūsmas šūnas ļauj ražot stabilas vaska nanodispersijas, kas atbilst visaugstākajiem kvalitātes standartiem.
Hielscher ultraskaņas apstrādes ierīces ir izgatavotas atbilstoši visaugstākajiem kvalitātes standartiem un apvieno izturību, lietošanas ērtumu un vienkāršu integrēšanu rūpnieciskajos procesos. Tās ir konstruētas darbam prasīgos apstākļos, aprīkotas ar vismodernākajām tehnoloģijām, sertificētas atbilstoši ISO un atbilst CE, UL, CSA un RoHS prasībām.
- augsta efektivitāte
- vismodernākās tehnoloģijas
- uzticamība un izturība
- regulējama, precīza procesa vadība
- apstrāde partijās un plūsmā
- jebkuram tilpumam
- vieda programmatūra
- viedās funkcijas (piemēram, programmēšanas iespējas, datu reģistrēšana, tālvadība)
- vienkārša un droša lietošana
- nelielas apkopes vajadzības
- CIP (tīrīšana uz vietas)
Tālāk redzamā tabula sniedz priekšstatu par mūsu ultraskaņas apstrādes ierīču aptuveno apstrādes ražīgumu:
| Partijas tilpums | Plūsmas ātrums | Ieteicamās ierīces |
|---|---|---|
| 0,5 līdz 1,5mL | n.a. | VialTweeter |
| 1 līdz 500mL | 10 līdz 200mL/min | UP100H |
| 10 līdz 2000mL | 20 līdz 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 līdz 20L | 0,2 līdz 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 līdz 100L | 2 līdz 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 līdz 150L | 3 līdz 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 līdz 100L/min | UIP16000hdT |
| n.a. | lielāks | savstarpēji savienotu ierīču grupa: UIP16000hdT |
Ultraskaņas emulģēšanas sistēma margarīna rūpnieciskai ražošanai
Literatūra / atsauces
- 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.
Bieži uzdotie jautājumi
Kas ir vasks?
Vaski ir organisku, hidrofobu materiālu klase, ko galvenokārt veido garu ķēžu ogļūdeņraži, esteri, taukskābes un spirti. Tie istabas temperatūrā ir cieti, tiem ir salīdzinoši zema kušanas temperatūra, un karsējot tie mīkstinās.
Kādi ir vasku veidi?
Dažādie vasku veidi ietver dabiskos vaskus, piemēram, bišu vasku, karnaubas vasku un kandelillas vasku, minerālvaskus, ko iegūst no naftas vai brūnoglēm, piemēram, parafīna vasku, mikrokristālisko vasku un montānvasku, kā arī sintētiskos vaskus, piemēram, polietilēna vaskus, Fišera–Tropša vaskus un amīdu vaskus.
Kam izmanto vaskus?
Vaskus plaši izmanto dažādās rūpniecības nozarēs. Tie nodrošina virsmu aizsardzību pārklājumos un pulēšanas līdzekļos, darbojas kā struktūrveidotāji un saistvielas kosmētikā un farmācijā, kalpo kā atdalīšanas līdzekļi un aizsargpārklājumi pārtikas rūpniecībā un tehniskos lietojumos pilda smērvielu, līmvielu un fāžu maiņas materiālu funkcijas enerģijas uzkrāšanai.
Kāda ir dažādu vasku polaritāte?
Vasku polaritāte atšķiras atkarībā no to ķīmiskā sastāva. Parafīna un polietilēna vaski lielākoties ir nepolāri, bišu vaskam un karnaubas vaskam ir vāja polaritāte esteru un brīvo taukskābju klātbūtnes dēļ, savukārt montānvaskam vai noteiktiem sintētiskajiem vaskiem ir mērena polaritāte karboksilgrupu un amīdgrupu klātbūtnes dēļ.
Hielscher Ultrasonics ražo augstas veiktspējas ultraskaņas homogenizatorus, sākot ar laboratorijas iekārtām un beidzot ar rūpnieciska mēroga iekārtām.