Wasemulsies met krachtige ultrasone technologie
Wanneer was wordt gedispergeerd als nanodruppels met een zeer homogene verdeling, wordt een stabiele wasemulsie verkregen. Ultrasone homogenisatoren genereren hoge afschuifkrachten en zijn betrouwbare en robuuste systemen voor de productie van stabiele nano-emulsies van was. De homogenisatoren van Hielscher Ultrasonics met hoge afschuifkrachten leveren superieure emulsies voor uiteenlopende industrieën.
Ultrasone wasemulsies
Ultrasoon gegenereerde hoge afschuifkrachten leveren de benodigde energie om wasemulsies op nanoschaal te produceren, bijvoorbeeld stabiele nano-emulsies van paraffinewas.
Submicronemulsies en nano-emulsies en dispersies kunnen worden geformuleerd met een combinatie van verschillende wassen om een superieur product met zeer hoogwaardige functionele eigenschappen te verkrijgen (bijvoorbeeld smering, waterbestendigheid, krasbestendigheid enz.).
De hoge afschuifkrachten van ultrasone homogenisatoren maken het mogelijk om stabiele, gebruiksklare wasformuleringen met deeltjes in evenwicht te produceren. De ultrasone emulgering resulteert in deeltjes op nanoschaal en een uniforme verdeling.
Industrieel ultrasoon doorstroomsysteem voor de productie van wasemulsies.
- zeer kleine druppels met een grootte van minder dan 100nm
- stabiele emulsies
- langere houdbaarheid (mechanische stabiliteit)
- hogere werkzaamheid
- nauwkeurige procesregeling
Ultrasone nano-emulsie van paraffinewas
Hoe bereidt u een stabiele emulsie van paraffinewas?
De wasemulsie op nanoschaal wordt geformuleerd uit gesmolten paraffinewas (als oliefase), gedestilleerd water en anionisch SDS als oppervlakteactieve stof. Om een grof voormengsel te vormen, worden was, water en oppervlakteactieve stof met een magneetroerder bij 1000 rpm gehomogeniseerd. Hiervoor worden de oppervlakteactieve stof (concentratie 10 mg/ml emulsie) en water in een bekerglas gemengd en tot ongeveer 65–70ºC verwarmd. Vervolgens wordt de paraffinewas onder magnetisch roeren druppelsgewijs toegevoegd, waarbij een volumefractie van de oliefase van 0,2 wordt aangehouden.
Na volledige toevoeging van de paraffinewas ondergaat de grof voorgemengde emulsie sonicatie met een ultrasone tafelhomogenisator UIP1000hdT (1000W, 20kHz) gedurende ongeveer 15 min. Het ultrasone emulgeerproces resulteert in een nano-emulsie van was met een zeer hoge stabiliteit.
Lees meer over emulsies van paraffinewas met behulp van sonicatie!
Ultrasone nano-emulsies bereid met de Hielscher UP400St
Oppervlakteactieve stoffen
Wasemulsies kunnen worden gestabiliseerd door een sterisch mechanisme (met niet-ionische emulgatoren) of door een elektrostatisch mechanisme (met ionische emulgatoren, meestal anionische). De combinatie van anionische en niet-ionische emulgatoren geeft de emulsie een optimale stabiliteit, omdat de wasdeeltjes door beide stabilisatiemechanismen worden beschermd. Dit wordt het elektrosterische stabilisatiemechanisme genoemd.
Voor het emulgeren van wassen kunnen verschillende emulgatoren of oppervlakteactieve stoffen worden gebruikt, die anionisch, kationisch of niet-ionisch kunnen zijn. De meest gebruikte oppervlakteactieve stoffen zijn vetalcoholethoxylaten als niet-ionische oppervlakteactieve stoffen, omdat ze een buitengewone stabiliteit bieden tegen hard water, pH-schokken en elektrolyten. Voor andere specifieke materiaaleigenschappen worden diverse andere stoffen gebruikt, bijvoorbeeld anionische oppervlakteactieve stoffen voor een betere hydrofobiciteit of kationische oppervlakteactieve stoffen voor een betere hechting.
Opmerking: hoe kleiner de druppels, hoe meer oppervlakteactieve stof nodig is om het druppeloppervlak te bedekken, aangezien de V/S-verhouding van bollen als volgt is: S/V = 3/R. Bij elke toename, x*l of x*r, in lengte of straal neemt het oppervlak toe met het kwadraat van x (x2) en het volume met de derde macht van x (x3).
Formuleren met wasemulsies en dispersies
Ultrasone homogenisatoren worden niet alleen gebruikt om wasemulsies / dispersies te vormen – ze worden ook gebruikt om de wasemulsies in verdere stappen te verwerken en de emulsie als additief in het eindproduct op te nemen (bijvoorbeeld coatings, lakken, verven, cosmetica enz.).
Ultrasone homogenisatoren voor zware belasting voor stabiele wasemulsies
Hielscher Ultrasonics is een wereldwijd gerenommeerde leverancier van ultrasone homogenisatoren met hoog vermogen. Onze sonicators worden wereldwijd gebruikt als betrouwbare en robuuste “werkpaarden” in de chemische, farmaceutische, cosmetische en voedingsmiddelenindustrie. De industriële sonicators van Hielscher kunnen continu zeer hoge amplitudes tot 200µm (en op aanvraag hoger) leveren om intense cavitatie en hoge afschuiving te genereren. Daardoor worden ultrafijne nano-emulsies en dispersies met zeer smalle deeltjesverdelingen geproduceerd. Onze ultrasone systemen met hoog vermogen helpen u een superieure kwaliteit van uw wasformuleringen te verkrijgen.
De robuustheid van de sonicators van Hielscher maakt 24/7-bedrijf onder zware belasting en in veeleisende omgevingen mogelijk.
Sonicator UP400St met sonde voor de bereiding van stabiele wasemulsies.
| Batchvolume | Debiet | Aanbevolen apparaten |
|---|---|---|
| 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 |
Neem contact met ons op! / Stel ons uw vragen!
Krachtige ultrasone homogenisator UIP15000hdT van 1,5kW met doorstroomcel voor inline emulgering.
Literatuur / Referenties
- 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.
Wetenswaardigheden
Wat is was? Waarvoor worden wassen gebruikt?
Wassen worden gedefinieerd als een diverse klasse van organische verbindingen die bij temperaturen rond de omgevingstemperatuur hydrofobe, kneedbare vaste stoffen zijn. Wassen zijn samengesteld uit verschillende componenten, waaronder koolwaterstoffen (normale of vertakte alkanen en alkenen), ketonen, diketonen, primaire en secundaire alcoholen, aldehyden, sterolesters, alkaanzuren, terpenen (squaleen) en mono-esters (wasesters). De chemische samenstelling van wassen is complex en varieert, maar over het algemeen bevatten wassen een relatief hoog aandeel alkanen en hebben de koolwaterstoffen lange of zeer lange koolstofketens (van 12 tot ongeveer 38 koolstofatomen). Ze zijn vast over een breed temperatuurbereik (smeltpunt tussen 60°C en 100°C). Bij het smelten veranderen ze in een vloeistof met een lage viscositeit.
Ze worden gekenmerkt door hun onoplosbaarheid in water, maar oplosbaarheid in organische, apolaire oplosmiddelen. Wassen kunnen worden onderscheiden in natuurlijke wassen (van plantaardige of dierlijke oorsprong), halfsynthetische en synthetische wassen.
Ruwe olie is de belangrijkste bron voor de commerciële productie van wassen.
De twee belangrijkste soorten aardoliewas zijn paraffinewas en microkristallijne was:
Paraffinewassen hebben meestal een witte, geurloze, smaakloze, wasachtige vaste consistentie, met een typisch smeltpunt tussen 46°C en 68°C (115°F en 154°F) en een dichtheid van ongeveer 900 kg/m3. Ze hebben een macrokristallijne structuur en zijn onoplosbaar in water, maar oplosbaar in ether, benzeen en bepaalde esters. Paraffinewassen worden uit ruwe olie gewonnen en bevatten tussen 20 en 40 koolstofatomen.
Microkristallijne was, ook bekend als petrolatum, wordt voor uiteenlopende toepassingen gebruikt vanwege de geur, kleur, het oliegehalte, de consistentie en het oliebindende vermogen.
α-olefinewassen worden synthetisch uit ethyleen verkregen, hetzij via Fischer-Tropsch-synthese met een Ziegler-Natta-katalysator, hetzij via oligomerisatie van ethyleen. Alfa-olefinewassen worden het meest gebruikt in additieven voor smeerolie, smeermiddelen voor PVC, kaarsen, chemicaliën voor olieboringen en cosmetica.
Polyethyleenwas (PE-WAX) is een polyethyleen met een ultralaag molecuulgewicht (ULMWPE), bestaande uit ketens van ethyleenmonomeren. Polypropyleenwas (PP-WAX) is een synthetische, kristallijne hars met een laag molecuulgewicht.
Zowel polyethyleenwas als polypropyleenwas zijn homopolymeren en worden voornamelijk gebruikt voor de formulering van kleurstoffen voor kunststoffen.
Copolymeerwassen zoals derivaten van ethyleenvinylacetaat (EVA) en ethyleenacrylzuur (EAA) worden veel toegepast in coatingformuleringen, bijvoorbeeld metallic basislakken.
Wassen en wasadditieven worden veel gebruikt om een product smering/glijvermogen, reologische eigenschappen, slijtvastheid, antikleef-/barrière-eigenschappen, glans of mattering, oxidatiebestendigheid en/of waterafstotendheid te geven.
Wassen zijn een veelgebruikte component in tal van industrieën, zoals bij de productie van chemicaliën (bijvoorbeeld fijn- en speciaalchemicaliën), coatings, verven & inkten, additieven & modificatoren, lijmen, kunststoffen & PVC, banden & rubbers, de bouw, thermostatische regelapparaten, verpakkingen, voedingsmiddelen en cosmetica.
Natuurlijke wassen:
- Dierlijke wassen: bijenwas, lanoline, talg, schellak, spermaceti
- Plantaardige wassen: carnauba, candelilla, soja, ricinus, rijstzemelen, gagel, jojoba enz.
Minerale wassen:
- Fossiele wassen: ceresine, montanwas, ozokeriet, turfwas
- Aardoliewassen: paraffine, microkristallijne wassen, bijvoorbeeld petrolatum
Gesynthetiseerde wassen:
Synthetische wassen: ethyleenpolymeren, bijvoorbeeld polyethyleen & polyoletheresters; polyolefinewassen; vetzuuramidewassen; gechloreerde naftalenen; koolwaterstoftype, bijvoorbeeld Fischer-Tropsch.
Wat is een wasemulsie?
Een wasemulsie / wasdispersie is een stabiel mengsel van één of meerdere wassen in water. Omdat wassen en waterige vloeistoffen normaal gesproken niet mengbaar zijn, zijn oppervlakteactieve stoffen en een geavanceerd mengproces, bijvoorbeeld krachtige ultrasone behandeling, nodig om een stabiele wasemulsie te vormen. Strikt genomen moet een wasemulsie een wasdispersie worden genoemd, omdat wassen bij kamertemperatuur vast zijn. Maar omdat wasemulsies / dispersies met gesmolten wassen worden bereid, worden de termen “emulgering” en “wasemulsie” het meest gebruikt voor waterige wasformuleringen, terwijl de term “wasdispersie” meestal een wasformulering op basis van oplosmiddelen beschrijft.
Wat is een emulsie
Een emulsie is een vloeistof-in-vloeistofdispersie van twee of meer niet-mengbare vloeistoffen.
Een emulsie kan in verschillende typen voorkomen: w/o, o/w, w/o/w, o/w/o
Het type emulsie (w/o of o/w) kan met een verdunningstest worden onderzocht. De emulsie kan alleen met de continue / externe fase worden verdund. Een andere methode om het emulsietype te identificeren is een geleidbaarheidstest. Ionische o/w-emulsies geleiden niet, terwijl o/w-emulsies elektrische stroom geleiden.
Voor de test met filtreerpapier en CoCl2 wordt filtreerpapier geïmpregneerd met CoCl2 en gedroogd (blauwe kleur). De kleur van het filtreerpapier met CoCl2 verandert in roze wanneer een o/w-emulsie wordt toegevoegd.
Hielscher Ultrasonics produceert ultrasone homogenisatoren met hoge prestaties in formaten van laboratoriumformaat tot industrieel formaat.