Dyspersje nanocząstek w wosku – twórz stabilne formulacje!

Dyspergowanie nanocząstek w matrycach woskowych jest ważnym, lecz wymagającym zastosowaniem w produkcji powłok, kosmetyków, preparatów farmaceutycznych i materiałów zmiennofazowych. Ze względu na właściwą stopionym woskom lepkość, ich hydrofobowość oraz tendencję nanocząstek do aglomeracji wskutek wysokich energii powierzchniowych przygotowanie dyspersji nanocząstek w wosku wymaga specjalistycznej wiedzy praktycznej. Sonikatory Hielscher zapewniają moc dyspergowania, precyzyjną kontrolę i skalowalność umożliwiające wytwarzanie stabilnych dyspersji nanocząstek w wosku przy użyciu urządzeń stołowych oraz w produkcji przemysłowej.

Wyzwania związane z dyspergowaniem nanocząstek w wosku

Nanocząstki – metaliczne, ceramiczne czy węglowe – łatwo tworzą agregaty wskutek silnych oddziaływań van der Waalsa. W wosku oddziaływania te nasilają się z powodu braku polarnych rozpuszczalników lub stabilizatorów. Mieszanie mechaniczne lub homogenizatory rotor–stator często okazują się niewystarczające, zwłaszcza gdy średnica nanocząstek wynosi poniżej 100 nm lub gdy wymagane są wysokie stężenia nanocząstek. Uzyskanie jednorodnej dyspersji wymaga doprowadzenia energii zdolnej do rozbijania aglomeratów w nanoskali przy jednoczesnym zwilżaniu powierzchni cząstek ośrodkiem woskowym.

Mechanizm ultradźwiękowego nanodyspergowania

Znaczna skuteczność dyspergowania ultradźwiękowego wynika z unikalnego mechanizmu działania kawitacji akustycznej. Sonikatory z sonotrodą generują intensywne siły kawitacyjne, gdy fale ultradźwiękowe o wysokim natężeniu i niskiej częstotliwości rozchodzą się w cieczy, np. w stopionym wosku. Zapadanie się pęcherzyków podczas kawitacji wytwarza lokalne obszary wysokiej temperatury o ekstremalnych gradientach ścinania, fale uderzeniowe i mikrostrugi. Te krótkotrwałe siły pokonują adhezję między cząstkami i skutecznie powodują deaglomerację skupisk nanocząstek.
Ponadto sonikacja poprawia zwilżanie powierzchni nanocząstek przez stopiony wosk. Wielokrotne zapadanie się pęcherzyków kawitacyjnych zmniejsza napięcie międzyfazowe, umożliwiając cząsteczkom wosku wnikanie między cząstki i ich stabilizację steryczną.

Zastosowania nanodyspersji woskowych przygotowanych ultradźwiękowo

Możliwość jednorodnego dyspergowania nanocząstek w wosku otwiera drogę do licznych zastosowań:

Powłoki i środki do polerowania: Dodatek nanocząstek krzemionki lub tlenku glinu zwiększa twardość, odporność na zarysowania i połysk.
Formulacje kosmetyczne: Nanocząstki dwutlenku tytanu lub tlenku cynku zapewniają ochronę przed promieniowaniem UV przy zachowaniu przezroczystości.
Materiały zmiennofazowe (PCM): Grafen, nanorurki węglowe lub tlenki metali zwiększają przewodność cieplną, poprawiając efektywność magazynowania ciepła w systemach energetycznych.
Dostarczanie leków: Lipofilowe nanocząstki osadzone w wosku pełnią funkcję rezerwuarów o powolnym uwalnianiu w formulacjach do stosowania miejscowego lub doustnego.

Nanociecze wytwarzane ultradźwiękowo są wydajnymi chłodziwami i cieczami do wymienników ciepła. Nanomateriały przewodzące ciepło znacznie zwiększają zdolność do wymiany i odprowadzania ciepła. Sonikacja jest uznaną metodą syntezy i funkcjonalizacji nanocząstek przewodzących ciepło oraz produkcji stabilnych, wysoce wydajnych nanocieczy do zastosowań chłodniczych.

Dyspergatory ultradźwiękowe do formulacji woskowych z nanocząstkami

Dyspergowanie ultradźwiękowe przy użyciu wysokowydajnych sonikatorów Hielscher z sonotrodą jest niezawodną i skalowalną techniką wytwarzania stabilnych nanodyspersji woskowych.
Systemy ultradźwiękowe Hielscher z sonotrodą są szeroko stosowane do przetwarzania nanocząstek ze względu na wysoką wydajność przetwarzania, precyzyjną kontrolę parametrów i liniową skalowalność. Niezależnie od tego, czy potrzebujesz przygotowywać dyspersje nanocząstek w wosku w procesie wsadowym, czy w ciągłej produkcji w linii, Hielscher Ultrasonics oferuje idealny zestaw do sonikacji: laboratoryjne homogenizatory ultradźwiękowe są doskonałym narzędziem do badań i rozwoju produktów, natomiast przemysłowe ultradźwiękowe komory przepływowe umożliwiają wytwarzanie stabilnych nanodyspersji woskowych spełniających najwyższe standardy jakości.
Sonikatory Hielscher, wykonane zgodnie z najwyższymi standardami jakości, łączą wytrzymałość, łatwość obsługi i łatwą integrację z procesami przemysłowymi. Zaprojektowano je tak, aby wytrzymywały wymagające warunki pracy; wykorzystują najnowocześniejszą technologię, mają certyfikację ISO i spełniają wymagania CE, UL, CSA oraz RoHS.

Dlaczego Hielscher Ultrasonics?

wysoka efektywność
najnowocześniejsza technologia
niezawodność i wytrzymałość
regulowalna, precyzyjna kontrola procesu
przetwarzanie wsadowe i w linii
do dowolnej objętości
inteligentne oprogramowanie
inteligentne funkcje (np. możliwość programowania, rejestrowanie danych, zdalne sterowanie)
łatwa i bezpieczna obsługa
niewielkie wymagania konserwacyjne
CIP (czyszczenie na miejscu)

Poniższa tabela przedstawia orientacyjną wydajność przetwarzania naszych sonikatorów:

Objętość wsadu	Natężenie przepływu	Zalecane urządzenia
0,5 do 1,5mL	nie dotyczy	VialTweeter
1 do 500mL	10 do 200mL/min	UP100H
10 do 2000mL	20 do 400mL/min	UP200Ht, UP400St
0,1 do 20L	0,2 do 4L/min	UIP2000hdT
10 do 100L	2 do 10L/min	UIP4000hdT
15 do 150L	3 do 15L/min	UIP6000hdT
nie dotyczy	10 do 100L/min	UIP16000hdT
nie dotyczy	większe	zespół urządzeń UIP16000hdT

Powiązane tematy

Literatura / źródła

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.

Najczęściej zadawane pytania

Czym jest wosk?

Woski to klasa organicznych, hydrofobowych materiałów składających się głównie z długołańcuchowych węglowodorów, estrów, kwasów tłuszczowych i alkoholi. W temperaturze pokojowej są ciałami stałymi, mają stosunkowo niskie temperatury topnienia i miękną podczas ogrzewania.

Jakie są rodzaje wosków?

Do różnych rodzajów wosków należą woski naturalne, takie jak wosk pszczeli, carnauba i candelilla, woski mineralne otrzymywane z ropy naftowej lub węgla brunatnego, takie jak parafina, wosk mikrokrystaliczny i wosk montanowy, oraz woski syntetyczne, takie jak woski polietylenowe, Fischera–Tropscha i amidowe.

Do czego stosuje się woski?

Woski są szeroko stosowane w różnych gałęziach przemysłu. Zapewniają ochronę powierzchni w powłokach i środkach do polerowania, działają jako substancje strukturotwórcze i wiążące w kosmetykach i preparatach farmaceutycznych, służą jako środki antyadhezyjne i powłoki ochronne w przemyśle spożywczym oraz pełnią funkcję środków smarnych, klejów i materiałów zmiennofazowych do magazynowania energii w zastosowaniach technicznych.

Jaka jest polarność różnych wosków?

Polarność wosków zależy od ich składu chemicznego. Woski parafinowe i polietylenowe są w dużej mierze niepolarne, wosk pszczeli i wosk carnauba wykazują słabą polarność ze względu na obecność estrów i wolnych kwasów tłuszczowych, a wosk montanowy lub niektóre woski syntetyczne wykazują umiarkowaną polarność dzięki obecności grup karboksylowych i amidowych. 