Dispersies van nanodeeltjes in was – Maak stabiele formuleringen!
Het dispergeren van nanodeeltjes in wasmatrices is een belangrijke, maar uitdagende toepassing in coatings, cosmetica, farmaceutische producten en faseovergangsmaterialen. Gezien de intrinsieke viscositeit van gesmolten wassen, hun hydrofobiciteit en de neiging van nanodeeltjes om door hoge oppervlakte-energieën te agglomereren, vereist de bereiding van dispersies van nanodeeltjes in was vakkennis. Hielscher sonicatoren bieden het dispergeervermogen, de nauwkeurige regelbaarheid en de schaalbaarheid voor de productie van stabiele dispersies van nanodeeltjes in was met tafelmodellen en in industriële productie.
Uitdagingen bij het dispergeren van nanodeeltjes in was
Nanodeeltjes – of ze nu metallisch, keramisch of op koolstof gebaseerd zijn – vormen gemakkelijk aggregaten door sterke van der Waals-interacties. In was worden deze interacties versterkt door het ontbreken van polaire oplosmiddelen of stabilisatoren. Mechanisch roeren of rotor-statorhomogenisatoren blijken vaak ontoereikend, vooral wanneer nanodeeltjes een diameter van minder dan 100 nm hebben of wanneer hoge deeltjesconcentraties vereist zijn. Een homogene dispersie vereist een energietoevoer die agglomeraten op nanoschaal kan opbreken en tegelijkertijd het deeltjesoppervlak met het wasmedium kan bevochtigen.
Hielscher sonicatoren met sonotrode produceren stabiele nano-emulsies van paraffinewas.
Mechanisme van ultrasone nanodispersie
De aanzienlijke effectiviteit van ultrasone dispersie berust op het unieke werkingsmechanisme van akoestische cavitatie. Sonicatoren met sonotrode genereren intense cavitatiekrachten wanneer ultrasone golven met hoge intensiteit en lage frequentie zich door een vloeistof, bijvoorbeeld gesmolten was, voortplanten. Het imploderen van bellen tijdens cavitatie veroorzaakt plaatselijke hotspots met extreme afschuivingsgradiënten, schokgolven en microjets. Deze kortstondige krachten overwinnen de hechting tussen deeltjes en deagglomereren clusters van nanodeeltjes efficiënt.
Daarnaast verbetert sonicatie de bevochtiging van de oppervlakken van nanodeeltjes door de gesmolten was. Het herhaaldelijk imploderen van cavitatiebellen vermindert de grensvlakspanning, waardoor wasmoleculen tussen de deeltjes kunnen doordringen en deze sterisch kunnen stabiliseren.
Toepassingen voor ultrasoon bereide nanodispersies in was
De mogelijkheid om nanodeeltjes homogeen in was te dispergeren, opent de weg naar talrijke toepassingen:
- Coatings en polijstmiddelen: De toevoeging van nanodeeltjes van siliciumdioxide of aluminiumoxide verbetert de hardheid, krasbestendigheid en glans.
- Cosmetische formuleringen: Nanodeeltjes van titaniumdioxide of zinkoxide bieden UV-bescherming met behoud van transparantie.
- Faseovergangsmaterialen (PCM’s): Grafeen, koolstofnanobuisjes of metaaloxiden verhogen de thermische geleidbaarheid en verbeteren daarmee de efficiëntie van warmteopslag in energiesystemen.
- Geneesmiddelafgifte: Lipofiele nanodeeltjes die in was zijn ingebed, fungeren als reservoirs voor langzame afgifte in topische of orale formuleringen.
Ultrasone dispergeerapparaten voor formuleringen van was en nanodeeltjes
Ultrasoon dispergeren met Hielscher sonicatoren met sonotrode en met hoge prestaties is een robuuste en schaalbare techniek voor de productie van stabiele nanodispersies in was.
Ultrasone Hielscher systemen met sonotrode worden veel gebruikt voor de verwerking van nanodeeltjes vanwege hun hoge verwerkingscapaciteit, nauwkeurige parameterregeling en lineaire schaalbaarheid. Of u nu dispersies van nanodeeltjes in was in batches of in continue inlineproductie moet bereiden, Hielscher Ultrasonics biedt de ideale sonicatieopstelling: ultrasone laboratoriumhomogenisatoren zijn het perfecte hulpmiddel voor onderzoek en productontwikkeling, terwijl industriële ultrasone doorstroomcellen de productie mogelijk maken van stabiele nanodispersies in was die aan de hoogste kwaliteitsnormen voldoen.
Hielscher ultrasone apparaten worden volgens de hoogste kwaliteitsnormen gebouwd en combineren robuustheid, gebruiksvriendelijkheid en eenvoudige integratie in industriële processen. Ze zijn ontworpen om veeleisende omgevingen te weerstaan, beschikken over de modernste technologie, zijn ISO-gecertificeerd en voldoen aan de eisen van CE, UL, CSA en RoHS.
- hoge efficiëntie
- de modernste technologie
- betrouwbaarheid & robuustheid
- instelbare, nauwkeurige procesregeling
- batch & inline
- voor elk volume
- intelligente software
- slimme functies (bijv. programmeerbaarheid, gegevensregistratie, afstandsbediening)
- eenvoudig en veilig te bedienen
- weinig onderhoud
- CIP (reiniging ter plaatse)
De onderstaande tabel geeft u een indicatie van de geschatte verwerkingscapaciteit van onze ultrasone apparaten:
| Batchvolume | Debiet | Aanbevolen apparaten |
|---|---|---|
| 0,5 tot 1,5mL | n.v.t. | VialTweeter |
| 1 tot 500mL | 10 tot 200mL/min | UP100H |
| 10 tot 2000mL | 20 tot 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 tot 20L | 0,2 tot 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 tot 100L | 2 tot 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 tot 150L | 3 tot 15L/min | UIP6000hdT |
| n.v.t. | 10 tot 100L/min | UIP16000hdT |
| n.v.t. | hoger | cluster van UIP16000hdT |
Ultrasoon emulgeersysteem voor industriële margarineproductie
Literatuur / Referenties
- 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.
Veelgestelde vragen
Wat is was?
Was is een klasse van organische, hydrofobe materialen die voornamelijk bestaan uit koolwaterstoffen met lange ketens, esters, vetzuren en alcoholen. Ze zijn vast bij kamertemperatuur, hebben relatief lage smeltpunten en worden zachter bij verwarming.
Welke verschillende soorten was zijn er?
Verschillende soorten was omvatten natuurlijke wassen zoals bijenwas, carnaubawas en candelillawas, minerale wassen afkomstig uit aardolie of bruinkool zoals paraffinewas, microkristallijne was en montaanwas, en synthetische wassen zoals polyethyleenwas, Fischer–Tropsch-was en amidewassen.
Waarvoor worden wassen gebruikt?
Wassen worden in veel industrieën gebruikt. Ze bieden oppervlaktebescherming in coatings en polijstmiddelen, fungeren als structuurvormers en bindmiddelen in cosmetica en farmaceutische producten, dienen als lossingsmiddelen en beschermende coatings in de voedingsmiddelenindustrie en functioneren als smeermiddelen, kleefstoffen en faseovergangsmaterialen voor energieopslag in technische toepassingen.
Wat is de polariteit van verschillende wassen?
De polariteit van wassen varieert met hun chemische samenstelling. Paraffinewas en polyethyleenwas zijn grotendeels apolair, bijenwas en carnaubawas vertonen een zwakke polariteit door esters en vrije vetzuren, en montaanwas of bepaalde synthetische wassen vertonen een matige polariteit door carboxyl- en amidegroepen.
Hielscher Ultrasonics vervaardigt ultrasone homogenisatoren met hoge prestaties in formaten van laboratoriumformaat tot industrieel formaat.