Dyspersje nanocząstek w wosku – Twórz stabilne formuły!
Dyspergowanie nanocząstek w matrycach woskowych jest ważnym, ale trudnym zastosowaniem w powłokach, kosmetykach, farmaceutykach i materiałach zmiennofazowych. Biorąc pod uwagę wewnętrzną lepkość stopionych wosków, ich hydrofobowość i tendencję nanocząstek do aglomeracji ze względu na wysokie energie powierzchniowe, przygotowanie dyspersji nanocząstek z woskiem wymaga specjalistycznej wiedzy. Sonikatory Hielscher zapewniają moc dyspergującą, precyzyjną kontrolę i skalowalność do produkcji stabilnych dyspersji nanocząstek wosku w produkcji laboratoryjnej i przemysłowej.
Wyzwania związane z dyspersją nanocząstek w wosku
nanocząstki – metalowe, ceramiczne lub na bazie węgla – łatwo tworzą agregaty z powodu silnych oddziaływań van der Waalsa. W wosku interakcje te są nasilane przez brak polarnych rozpuszczalników lub stabilizatorów. Mieszanie mechaniczne lub homogenizatory typu rotor-stator często okazują się niewystarczające, zwłaszcza gdy nanocząstki mają średnicę poniżej 100 nm lub gdy wymagane są duże obciążenia. Jednorodna dyspersja wymaga wkładu energii zdolnego do rozbicia aglomeratów w nanoskali przy jednoczesnym zwilżeniu powierzchni cząstek medium woskowym.
Sonikatory typu Hielscher wytwarzają stabilne nanoemulsje parafinowe.
Mechanizm ultradźwiękowej nanodyspersji
Znacząca skuteczność dyspersji ultradźwiękowej polega na unikalnym mechanizmie działania kawitacji akustycznej. Sonikatory typu sondowego generują intensywne siły kawitacyjne, gdy fale ultradźwiękowe o wysokiej intensywności i niskiej częstotliwości rozchodzą się przez ciecz, np. stopiony wosk. Zapadanie się pęcherzyków podczas kawitacji wytwarza zlokalizowane gorące punkty z ekstremalnymi gradientami ścinania, falami uderzeniowymi i mikrojetami. Te przejściowe siły pokonują adhezję międzycząsteczkową i skutecznie deaglomerują skupiska nanocząstek.
Ponadto ultradźwięki zwiększają zwilżanie powierzchni nanocząstek przez stopiony wosk. Powtarzające się zapadanie się pęcherzyków kawitacyjnych zmniejsza napięcie międzyfazowe, umożliwiając cząsteczkom wosku penetrację między cząsteczkami i stabilizując je sterycznie.
Zastosowania dla ultradźwiękowo przygotowanych nanodyspersji woskowych
Zdolność do jednorodnego rozpraszania nanocząstek w wosku otwiera drogę do różnorodnych zastosowań:
- Powłoki i pasty polerskie: Dodatek nanocząsteczek krzemionki lub tlenku glinu zwiększa twardość, odporność na zarysowania i połysk.
- Preparaty kosmetyczne: Nanocząsteczki dwutlenku tytanu lub tlenku cynku zapewniają ochronę przed promieniowaniem UV, zachowując jednocześnie przezroczystość.
- Materiały zmiennofazowe (PCM): Grafen, nanorurki węglowe lub tlenki metali zwiększają przewodność cieplną, poprawiając wydajność magazynowania ciepła w systemach energetycznych.
- Dostarczanie leków: Lipofilowe nanocząsteczki zatopione w wosku działają jak zbiorniki o powolnym uwalnianiu w preparatach do stosowania miejscowego lub doustnego.
Dyspergatory ultradźwiękowe do preparatów woskowo-nanocząsteczkowych
Dyspergowanie ultradźwiękowe przy użyciu wysokowydajnych sonikatorów Hielscher jest solidną i skalowalną techniką produkcji stabilnych nanodyspersji woskowych.
Systemy ultradźwiękowe typu sondowego firmy Hielscher są szeroko stosowane do przetwarzania nanocząstek ze względu na ich wysoką zdolność przetwarzania, precyzyjną kontrolę parametrów i liniową skalowalność. Niezależnie od tego, czy potrzebujesz przygotować dyspersje nanocząstek wosku w partii, czy w ciągłej produkcji inline, Hielscher Ultrasonics oferuje idealną konfigurację sonikacji: ultradźwiękowe homogenizatory laboratoryjne są idealnym narzędziem do badań i rozwoju produktu, podczas gdy ultradźwiękowe przemysłowe komórki przepływowe pozwalają na produkcję stabilnych nano-dyspersji woskowych spełniających najwyższe standardy jakości.
Zbudowane zgodnie z najwyższymi standardami jakości, ultradźwięki Hielscher łączą w sobie solidność, łatwość obsługi i łatwą integrację z procesami przemysłowymi. Zaprojektowane, aby sprostać wymagającym środowiskom, są wyposażone w najnowocześniejszą technologię, posiadają certyfikat ISO i są zgodne z wymogami CE, UL, CSA i RoHS.
- wysoka wydajność
- najnowocześniejsza technologia
- niezawodność & solidność
- regulowana, precyzyjna kontrola procesu
- partia & inline
- dla dowolnego wolumenu
- inteligentne oprogramowanie
- inteligentne funkcje (np. programowalne, protokołowanie danych, zdalne sterowanie)
- Łatwa i bezpieczna obsługa
- niskie koszty utrzymania
- CIP (clean-in-place)
Poniższa tabela przedstawia przybliżoną wydajność przetwarzania naszych ultradźwiękowców:
| Wielkość partii | natężenie przepływu | Polecane urządzenia |
|---|---|---|
| 0.5-1,5 mL | b.d. | VialTweeter |
| 1 do 500mL | 10-200mL/min | UP100H |
| 10 do 2000mL | 20-400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 do 20L | 0.2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10-100L | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 do 150 l | 3 do 15 l/min | UIP6000hdT |
| b.d. | 10-100L/min | UIP16000hdT |
| b.d. | większe | klaster UIP16000hdT |
Ultradźwiękowy system emulgujący do przemysłowej produkcji margaryny
Literatura / Referencje
- 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.
często zadawane pytania
Czym jest wosk?
Wosk to klasa organicznych, hydrofobowych materiałów składających się głównie z długołańcuchowych węglowodorów, estrów, kwasów tłuszczowych i alkoholi. Są one stałe w temperaturze pokojowej, mają stosunkowo niską temperaturę topnienia i wykazują właściwości zmiękczające po podgrzaniu.
Jakie są różne rodzaje wosków?
Różne rodzaje wosków obejmują woski naturalne, takie jak wosk pszczeli, karnauba i kandelila, woski mineralne pochodzące z ropy naftowej lub węgla brunatnego, takie jak parafina, wosk mikrokrystaliczny i wosk montanowy, oraz woski syntetyczne, takie jak polietylen, Fischer-Tropsch i woski amidowe.
Do czego służą woski?
Woski są szeroko stosowane w różnych gałęziach przemysłu. Zapewniają ochronę powierzchni w powłokach i pastach, działają jako środki strukturyzujące i wiążące w kosmetykach i farmaceutykach, służą jako środki antyadhezyjne i powłoki ochronne w przemyśle spożywczym, a także działają jako smary, kleje i materiały zmiennofazowe do magazynowania energii w zastosowaniach technicznych.
Jaka jest polaryzacja różnych wosków?
Polarność wosków zależy od ich składu chemicznego. Parafina i woski polietylenowe są w dużej mierze niepolarne, wosk pszczeli i wosk carnauba wykazują słabą polarność ze względu na estry i wolne kwasy tłuszczowe, a montan lub niektóre woski syntetyczne wykazują umiarkowaną polarność ze względu na karboksylowe i amidowe grupy funkcyjne.
Hielscher Ultrasonics produkuje wysokowydajne homogenizatory ultradźwiękowe od laboratorium do rozmiar przemysłowy.