Vaska emulsijas ar lieljaudas ultraskaņu
Disperģējot vasku nanometru izmēra pilienos ar ļoti viendabīgu sadalījumu, iegūst stabilu vaska emulsiju. Ultraskaņas homogenizatori rada lielus bīdes spēkus un ir uzticamas un izturīgas sistēmas stabilu vaska nanoemulsiju ražošanai. Hielscher Ultrasonics homogenizatori ar lieliem bīdes spēkiem nodrošina izcilas emulsijas dažādām nozarēm.
Vaska emulsijas, kas iegūtas ar ultraskaņu
Ultraskaņas radītie lielie bīdes spēki nodrošina enerģiju, kas nepieciešama nanometru izmēra vaska emulsiju, piemēram, stabilu parafīna vaska nanoemulsiju, iegūšanai.
Submikronu un nanometru izmēra emulsijas un dispersijas var izstrādāt, kombinējot dažādus vaskus, lai iegūtu izcilu produktu ar ļoti augstām funkcionālajām īpašībām (piemēram, eļļošanu, ūdensizturību, izturību pret skrāpējumiem utt.).
Ultraskaņas homogenizatoru lielie bīdes spēki ļauj iegūt stabilus, lietošanai gatavus vaska sastāvus ar daļiņām līdzsvara stāvoklī. Emulģējot ar ultraskaņu, iegūst nanometru izmēra daļiņas un vienmērīgu sadalījumu.
Rūpnieciska caurplūdes ultraskaņas sistēma vaska emulsiju ražošanai.
- ļoti mazi pilieni, kuru izmērs ir mazāks par 100nm
- stabilas emulsijas
- ilgāks glabāšanas laiks (mehāniskā stabilitāte)
- augstāka efektivitāte
- precīza procesa kontrole
Parafīna vaska nanoemulsija, kas iegūta ar ultraskaņu
Kā pagatavot stabilu parafīna vaska emulsiju
Nanometru izmēra vaska emulsiju pagatavo no izkausēta parafīna vaska (kā eļļas fāzes), destilēta ūdens un anjonu virsmaktīvās vielas SDS. Lai izveidotu rupju sākotnējo maisījumu, vasku, ūdeni un virsmaktīvo vielu homogenizē ar magnētisko maisītāju pie 1000 apgr./min. Šim nolūkam virsmaktīvo vielu (koncentrācija 10 mg/ml emulsijas) un ūdeni sajauc vārglāzē un uzkarsē līdz aptuveni 65–70ºC. Pēc tam, maisot ar magnētisko maisītāju, pa pilieniem pievieno parafīna vasku, saglabājot eļļas fāzes tilpuma daļu 0,2.
Pēc visa parafīna vaska pievienošanas rupji iepriekš sajauktā emulsija tiek apstrādāta ar ultraskaņu, izmantojot galda ultraskaņas homogenizatoru UIP1000hdT (1000W, 20kHz) aptuveni 15 min. Emulģēšanas procesā ar ultraskaņu iegūst vaska nanoemulsiju ar ļoti augstu stabilitāti.
Lasiet vairāk par parafīna vaska emulsijas iegūšanu ar ultraskaņas apstrādi!
Ar Hielscher UP400St ultraskaņas palīdzību pagatavotas nanoemulsijas
Virsmaktīvās vielas
Vaska emulsijas var stabilizēt ar stērisku mehānismu (izmantojot nejonu emulgatorus) vai ar elektrostatisku mehānismu (izmantojot jonu emulgatorus, visbiežāk anjonu emulgatorus). Anjonu un nejonu emulgatoru kombinēšana nodrošina emulsijai optimālu stabilitāti, jo vaska daļiņas aizsargā abi stabilizācijas mehānismi. To sauc par elektrostēriskās stabilizācijas mehānismu.
Vasku emulģēšanai var izmantot dažādus emulgatorus vai virsmaktīvās vielas, kas var būt anjonu, katjonu vai nejonu vielas. Visbiežāk izmantotās virsmaktīvās vielas ir taukspirtu etoksilāti kā nejonu virsmaktīvās vielas, jo tie nodrošina izcilu stabilitāti pret cietu ūdeni, krasām pH izmaiņām un elektrolītiem. Citu specifisku materiāla īpašību iegūšanai izmanto dažādas citas vielas, piemēram, anjonu virsmaktīvās vielas labākai hidrofobitātei vai katjonu virsmaktīvās vielas labākai adhēzijai.
Piezīme: jo mazāki pilieni, jo vairāk virsmaktīvās vielas nepieciešams pilienu virsmas pārklāšanai, jo sfēru V/S attiecība ir šāda: S/V = 3/R. Ja garums vai rādiuss palielinās līdz x*l vai x*r, virsmas laukums palielinās x kvadrātā (x2), un tilpums palielinās x kubā (x3).
Sastāvu izstrāde ar vaska emulsijām un dispersijām
Ultraskaņas homogenizatorus izmanto ne tikai vaska emulsiju / dispersiju veidošanai – tos izmanto arī vaska emulsiju apstrādei turpmākajos posmos, lai emulsiju kā piedevu iekļautu galaproduktā (piemēram, pārklājumos, lakās, krāsās, kosmētikā utt.).
Ultraskaņas homogenizatori intensīvam darbam stabilu vaska emulsiju iegūšanai
Hielscher Ultrasonics ir visā pasaulē pazīstams lieljaudas ultraskaņas homogenizatoru piegādātājs. Mūsu ultraskaņas apstrādes iekārtas visā pasaulē tiek izmantotas kā uzticami un izturīgi “darba zirgi” ķīmiskajā, farmācijas, kosmētikas un pārtikas rūpniecībā. Hielscher rūpnieciskās ultraskaņas apstrādes iekārtas spēj nepārtraukti nodrošināt ļoti lielas amplitūdas līdz pat 200µm (un pēc pieprasījuma arī lielākas), lai radītu intensīvu kavitāciju un spēcīgu bīdi. Rezultātā tiek iegūtas īpaši smalkas nanoemulsijas un dispersijas ar ļoti šauru daļiņu izmēru sadalījumu. Mūsu lieljaudas ultraskaņas sistēmas palīdz iegūt izcilas kvalitātes vaska preparātus.
Hielscher ultraskaņas apstrādes iekārtu izturība ļauj tās darbināt 24/7 ar lielu slodzi un sarežģītos vides apstākļos.
Zondes tipa ultraskaņas apstrādes iekārta UP400St stabilu vaska emulsiju pagatavošanai.
| Partijas tilpums | Plūsmas ātrums | Ieteicamās iekārtas |
|---|---|---|
| 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 |
| nav piemērojams | 10 līdz 100L/min | UIP16000hdT |
| nav piemērojams | lielāks | iekārtu kopums UIP16000hdT |
Sazinieties ar mums! / Jautājiet mums!
Jaudīgs 1,5kW ultraskaņas homogenizators UIP15000hdT ar plūsmas šūnu emulģēšanai plūsmā.
Literatūra / Atsauces
- 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.
Noderīgi fakti
Kas ir vasks? Kādiem nolūkiem izmanto vaskus?
Vaski tiek definēti kā daudzveidīga organisko savienojumu klase, kuras pārstāvji temperatūrā, kas tuva apkārtējās vides temperatūrai, ir hidrofobas, plastiskas cietvielas. Vaski sastāv no dažādiem komponentiem, tostarp ogļūdeņražiem (normāliem vai sazarotiem alkāniem un alkēniem), ketoniem, diketoniem, pirmējiem un otrējiem spirtiem, aldehīdiem, sterīnu esteriem, alkānskābēm, terpēniem (skvalēna) un monoesteriem (vaska esteriem). Vasku ķīmiskais sastāvs ir sarežģīts un atšķirīgs, taču kopumā vaski satur salīdzinoši lielu alkānu īpatsvaru, un ogļūdeņražiem ir garas vai ļoti garas oglekļa atomu ķēdes (no 12 līdz aptuveni 38 oglekļa atomiem). Tie ir cietā stāvoklī plašā temperatūru diapazonā (kušanas temperatūra ir no 60°C līdz 100°C). Izkausējot tie pārvēršas šķidrumā ar zemu viskozitāti.
Tiem raksturīga nešķīstība ūdenī, bet šķīdība organiskos, nepolāros šķīdinātājos. Vaskus var iedalīt dabiskos (augu vai dzīvnieku izcelsmes), pussintētiskos un sintētiskos vaskos.
Vasku komerciālajā ražošanā galvenais izejvielu avots ir jēlnafta.
Divi svarīgākie naftas vasku veidi ir parafīna vaski un mikrokristāliskie vaski:
Parafīna vaski pārsvarā ir baltas, vaskveidīgas cietvielas bez smaržas un garšas, ar tipisku kušanas temperatūru no 46°C līdz 68°C (115°F un 154°F) un blīvumu aptuveni 900 kg/m3. Tiem ir makrokristāliska struktūra, un tie nešķīst ūdenī, bet šķīst ēterī, benzolā un noteiktos esteros. Parafīna vaskus iegūst no jēlnaftas, un tie satur no 20 līdz 40 oglekļa atomiem.
Mikrokristālisko vasku, kas pazīstams arī kā vazelīns, izmanto daudzos dažādos lietojumos tā smaržas, krāsas, eļļas satura, konsistences un spējas saistīt eļļu dēļ.
α-olefīnu vaskus sintētiski iegūst no etilēna vai nu Fišera–Tropša sintēzē ar Cīglera–Natas katalizatoru, vai etilēna oligomerizācijas ceļā. Alfa-olefīnu vaskus visbiežāk izmanto smēreļļu piedevās, PVC smērvielās, svecēs, naftas urbumu urbšanas ķimikālijās un kosmētikā.
Polietilēna vasks (PE-WAX) ir īpaši zemas molekulmasas polietilēns (ULMWPE), kas sastāv no etilēna monomēru ķēdēm. Polipropilēna vasks (PP-WAX) ir sintētiski, kristāliski sveķi ar zemu molekulmasu.
Gan polietilēna, gan polipropilēna vaski ir homopolimēri, un tos galvenokārt izmanto plastmasām paredzētu krāsvielu preparātu izgatavošanā.
Kopolimēru vaski, piemēram, etilēna vinilacetāta (EVA) un etilēna akrilskābes (EAA) atvasinājumi, tiek plaši izmantoti pārklājumu, piemēram, metālisku bāzes pārklājumu, sastāvos.
Vaskus un vaska piedevas plaši izmanto, lai produktam piešķirtu eļļojošas/slīdamības īpašības, reoloģiskās īpašības, nodilumizturību, salipšanas novēršanas/barjeras īpašības, spīdumu vai matējumu, izturību pret oksidēšanos un/vai ūdens atgrūšanas spēju.
Vaski ir plaši izmantota sastāvdaļa daudzās nozarēs, piemēram, ķīmisko vielu (piemēram, smalkās un speciālās ķīmijas produktu), pārklājumu, krāsu un iespiedkrāsu, piedevu un modifikatoru, līmju, plastmasu un PVC, riepu un gumijas izstrādājumu, būvniecības materiālu un būvizstrādājumu, termostatiskās regulēšanas ierīču, iepakojuma, pārtikas un kosmētikas ražošanā.
Dabiskie vaski:
- Dzīvnieku izcelsmes vaski: bišu vasks, lanolīns, tauki, šellaka, spermacets
- Augu izcelsmes vaski: karnaubas, kandelillas, sojas, rīcineļļas, rīsu kliju, vaskmirtes, jojobas vasks u. c.
Minerālie vaski:
- Fosilie vaski: cerezīns, montānvasks, ozokerīts, kūdras vasks
- Naftas vaski: parafīns, mikrokristāliskie vaski, piemēram, petrolatums
Sintezētie vaski:
Sintētiskie vaski: etilēna polimēri, piemēram, polietilēns un poliolu ēteresteri; poliolefīnu vaski; taukskābju amīdu vaski; hlorētie naftalīni; ogļūdeņražu tipa vaski, piemēram, Fišera–Tropša vaski.
Kas ir vaska emulsija?
Vaska emulsija / vaska dispersija ir stabils viena vai vairāku vasku maisījums ūdenī. Tā kā vaski un ūdens šķidrumi parasti savstarpēji nesajaucas, stabilas vaska emulsijas izveidošanai ir nepieciešamas virsmaktīvās vielas un sarežģīts sajaukšanas process, piemēram, lieljaudas ultraskaņas izmantošana. Terminoloģiski pareizi vaska emulsija būtu jāsauc par vaska dispersiju, jo istabas temperatūrā vaski ir cieti. Taču, tā kā vaska emulsijas / dispersijas gatavo no izkausētiem vaskiem, terminus “emulģēšana” un “vaska emulsija” visbiežāk lieto vaska sastāviem uz ūdens bāzes, savukārt termins “vaska dispersija” lielākoties apzīmē vaska sastāvu uz šķīdinātāja bāzes.
Kas ir emulsija
Emulsija ir divu vai vairāku savstarpēji nesajaucamu šķidrumu dispersija, kurā šķidrums ir izkliedēts šķidrumā.
Emulsijām var būt dažādi tipi: w/o, o/w, w/o/w, o/w/o
Emulsijas tipu (w/o vai o/w) var noteikt ar atšķaidīšanas testu. Emulsiju var atšķaidīt tikai ar nepārtraukto / ārējo fāzi. Vēl viena emulsijas tipa noteikšanas metode ir elektrovadītspējas pārbaude. Jonu o/w emulsijas nevada elektrisko strāvu, savukārt o/w emulsijas vada elektrisko strāvu.
Veicot CoCl2 filtrpapīra testu, filtrpapīru piesūcina ar CoCl2 un izžāvē (zila krāsa). CoCl2 filtrpapīra krāsa kļūst rozā, pievienojot o/w emulsiju.
Hielscher Ultrasonics ražo augstas veiktspējas ultraskaņas homogenizatorus no laboratorijas mēroga līdz rūpnieciska mēroga iekārtām.