Nanodeeltjes-in-wasdispersies – Maak stabiele formules!
Het dispergeren van nanodeeltjes in wasmatrices is een belangrijke, maar uitdagende toepassing in coatings, cosmetica, farmaceutica en materialen met faseverandering. Gezien de intrinsieke viscositeit van gesmolten wassen, hun hydrofobiciteit en de neiging van nanodeeltjes om samen te klonteren vanwege de hoge oppervlakte-energieën, vereist de bereiding van nanodeeltjes-wasdispersie knowhow. Hielscher sonicators bieden het dispergeervermogen, de precieze regelbaarheid en de schaalbaarheid voor de productie van stabiele nanodeeltjes-wasdispersies op werkbanken en in industriële productie.
Uitdagingen bij nanodeeltjesdispersie in was
nanodeeltjes – metaal, keramiek of koolstof – 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-stator homogenisatoren blijken vaak onvoldoende, vooral als de nanodeeltjes een diameter van minder dan 100 nm hebben of als er hoge ladingen nodig zijn. Voor een homogene dispersie is een energietoevoer nodig die in staat is om agglomeraten op nanoschaal uit elkaar te halen en tegelijkertijd het deeltjesoppervlak te bevochtigen met het wasmedium.
Hielscher sonicators van het sonde-type produceren stabiele nano-emulsies van paraffinewas.
Mechanisme van ultrasone nano-dispersie
De significante doeltreffendheid van ultrasone dispersie ligt in het unieke werkingsmechanisme van akoestische cavitatie. Sonicators van het sonde-type genereren intense cavitatiekrachten wanneer ultrasone geluidsgolven met hoge intensiteit en lage frequentie zich voortplanten door een vloeistof, bijvoorbeeld gesmolten was. Het instorten van bellen tijdens cavitatie produceert gelokaliseerde hotspots met extreme schuifgradiënten, schokgolven en microjets. Deze voorbijgaande krachten overwinnen de adhesie tussen de deeltjes en doen nanodeeltjesclusters efficiënt uiteenvallen.
Daarnaast zorgt ultrasoon voor een betere bevochtiging van het oppervlak van nanodeeltjes door de wassmelting. Het herhaaldelijk instorten van cavitatiebellen vermindert de interfaciale spanning, waardoor wasmoleculen tussen de deeltjes kunnen doordringen en ze sterisch kunnen stabiliseren.
Toepassingen voor ultrasoon bereide was nanodispersies
De mogelijkheid om nanodeeltjes homogeen te dispergeren in was opent de weg voor talloze toepassingen:
- Coatings en poetsmiddelen: Toevoeging van silica of aluminiumoxide nanodeeltjes verbetert de hardheid, krasbestendigheid en glans.
- Cosmetische formuleringen: Nanodeeltjes van titaniumdioxide of zinkoxide bieden UV-bescherming terwijl de transparantie behouden blijft.
- Faseveranderende materialen (PCM's): Grafeen, koolstofnanobuizen of metaaloxiden verhogen de thermische geleidbaarheid, waardoor de efficiëntie van warmteopslag in energiesystemen verbetert.
- Afleveren van medicijnen: Lipofiele nanodeeltjes ingebed in was fungeren als reservoirs voor langzame afgifte in topische of orale formules.
Ultrasone Dispergeerders voor Was-Nanopartikel Formuleringen
Ultrasoon dispergeren met Hielscher sonicators van het hoogwaardige probe-type is een robuuste en schaalbare techniek voor de productie van stabiele was nano-dispersies.
Hielscher ultrasone systemen van het probe-type worden veel gebruikt voor de verwerking van nanodeeltjes vanwege hun hoge verwerkingscapaciteit, nauwkeurige parameterregeling en lineaire schaalbaarheid. Of u nu was nanopartikeldispersies moet bereiden in batch of in continue inline productie, Hielscher Ultrasonics biedt de ideale sonicatieopstelling: ultrasone labhomogenisatoren zijn het perfecte hulpmiddel voor onderzoek en productontwikkeling, terwijl ultrasone industriële flowcellen de productie mogelijk maken van stabiele was nano-dispersies die voldoen aan de hoogste kwaliteitsnormen.
Hielscher ultrasoonsensoren zijn gebouwd volgens de hoogste kwaliteitsnormen en combineren robuustheid, gebruiksvriendelijkheid en eenvoudige integratie in industriële processen. Ze zijn ontworpen om veeleisende omgevingen te weerstaan, beschikken over ultramoderne technologie, zijn ISO-gecertificeerd en voldoen aan CE-, UL-, CSA- en RoHS-vereisten.
- hoog rendement
- ultramoderne technologie
- betrouwbaarheid & robuustheid
- instelbare, nauwkeurige procesregeling
- batch & inline
- voor elk volume
- intelligente software
- slimme functies (bijv. programmeerbaar, dataprotocollering, afstandsbediening)
- eenvoudig en veilig te bedienen
- gering onderhoud
- CIP (clean-in-place)
De onderstaande tabel geeft een indicatie van de verwerkingscapaciteit van onze ultrasone machines:
| Batchvolume | Debiet | Aanbevolen apparaten |
|---|---|---|
| 0.5 tot 1.5mL | n.v.t. | VialTweeter |
| 1 tot 500 ml | 10 tot 200 ml/min | UP100H |
| 10 tot 2000 ml | 20 tot 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 tot 20L | 0.2 tot 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 tot 100 liter | 2 tot 10 l/min | UIP4000hdT |
| 15 tot 150 liter | 3 tot 15 l/min | UIP6000hdT |
| n.v.t. | 10 tot 100 l/min | UIP16000hdT |
| n.v.t. | groter | 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 Wax?
Was is een klasse organische, hydrofobe materialen die voornamelijk bestaan uit lange-keten koolwaterstoffen, esters, vetzuren en alcoholen. Ze zijn vast bij kamertemperatuur, hebben een relatief laag smeltpunt en worden zacht bij verhitting.
Wat zijn de verschillende soorten wassen?
Verschillende soorten wassen zijn onder andere natuurlijke wassen zoals bijenwas, carnaubawas en candelilla, minerale wassen afgeleid van aardolie of bruinkool zoals paraffine, microkristallijne was en montanwas, en synthetische wassen zoals polyethyleen, Fischer-Tropsch en amide wassen.
Waar worden wassen voor gebruikt?
Wassen worden overal in de industrie gebruikt. Ze bieden oppervlaktebescherming in coatings en poetsmiddelen, fungeren als structurerings- en bindmiddelen in cosmetica en farmaceutica, dienen als lossingsmiddelen en beschermende coatings in de voedingsmiddelenindustrie, en fungeren als smeermiddelen, kleefstoffen en fase-uitwisselingsmaterialen voor energieopslag in technische toepassingen.
Wat is de polariteit van verschillende wassen?
De polariteit van wassen varieert met hun chemische samenstelling. Paraffine- en polyethyleenwassen zijn grotendeels apolair, bijenwas en carnaubawas vertonen een zwakke polariteit door esters en vrije vetzuren, en montan of bepaalde synthetische wassen vertonen een matige polariteit door carboxyl- en amidefunctionaliteiten.
Hielscher Ultrasonics produceert hoogwaardige ultrasone homogenisatoren van lab naar industrieel formaat.