Emulsje woskowe z wykorzystaniem ultradźwięków dużej mocy
Gdy wosk zostaje zdyspergowany w postaci nanokropel o bardzo jednorodnym rozkładzie, uzyskuje się stabilną emulsję woskową. Homogenizatory ultradźwiękowe wytwarzają duże siły ścinające i są niezawodnymi, wytrzymałymi systemami do produkcji stabilnych nanoemulsji woskowych. Homogenizatory Hielscher Ultrasonics o dużych siłach ścinających zapewniają emulsje najwyższej jakości dla różnych branż.
Ultradźwiękowe emulsje woskowe
Duże siły ścinające generowane ultradźwiękowo dostarczają energię niezbędną do wytwarzania emulsji woskowych o nanometrycznej wielkości kropel, np. stabilnych nanoemulsji wosku parafinowego.
Emulsje i dyspersje submikronowe oraz nanometryczne można opracowywać z wykorzystaniem kombinacji różnych wosków, aby uzyskać produkt o doskonałej jakości i bardzo wysokich właściwościach użytkowych (np. smarowności, odporności na wodę, odporności na zarysowania itp.).
Duże siły ścinające homogenizatorów ultradźwiękowych umożliwiają wytwarzanie stabilnych, gotowych do użycia preparatów woskowych z cząstkami w stanie równowagi. Emulgowanie ultradźwiękowe pozwala uzyskać cząstki o nanometrycznej wielkości i równomiernym rozkładzie.
Przemysłowy ultradźwiękowy system przepływowy do produkcji emulsji woskowych.
- bardzo małe krople o wielkości poniżej 100nm
- stabilne emulsje
- wydłużony okres trwałości (stabilność mechaniczna)
- wyższa skuteczność
- precyzyjna kontrola procesu
Ultradźwiękowa nanoemulsja wosku parafinowego
Jak przygotować stabilną emulsję wosku parafinowego
Emulsję woskową o nanometrycznej wielkości kropel przygotowuje się ze stopionego wosku parafinowego (jako fazy olejowej), wody destylowanej i anionowego SDS jako środka powierzchniowo czynnego. Aby utworzyć zgrubną mieszaninę wstępną, wosk, wodę i środek powierzchniowo czynny homogenizuje się za pomocą mieszadła magnetycznego przy 1000 rpm. W tym celu środek powierzchniowo czynny (w stężeniu 10 mg/ml emulsji) i wodę miesza się w zlewce i ogrzewa do ok. 65–70ºC. Następnie wosk parafinowy dodaje się kroplami, utrzymując udział objętościowy fazy olejowej na poziomie 0,2 podczas mieszania magnetycznego.
Po dodaniu całej ilości wosku parafinowego zgrubnie wymieszaną emulsję poddaje się sonikacji za pomocą stołowego homogenizatora ultradźwiękowego UIP1000hdT (1000W, 20kHz) przez ok. 15 min. Proces emulgowania ultradźwiękowego pozwala uzyskać nanoemulsję woskową o bardzo wysokiej stabilności.
Dowiedz się więcej o emulsji wosku parafinowego otrzymywanej za pomocą sonikacji!
Nanoemulsje ultradźwiękowe przygotowane za pomocą urządzenia Hielscher UP400St
Środki powierzchniowo czynne
Emulsje woskowe można stabilizować za pomocą mechanizmu sterycznego (z użyciem emulgatorów niejonowych) lub mechanizmu elektrostatycznego (z użyciem emulgatorów jonowych, najczęściej anionowych). Połączenie emulgatorów anionowych i niejonowych zapewnia emulsji optymalną stabilność, ponieważ cząstki wosku są chronione przez oba mechanizmy stabilizacji. Określa się to jako mechanizm stabilizacji elektrosterycznej.
Do emulgowania wosków można stosować różne emulgatory lub środki powierzchniowo czynne, które mogą być anionowe, kationowe lub niejonowe. Najczęściej stosowanymi środkami powierzchniowo czynnymi są etoksylaty alkoholi tłuszczowych, pełniące funkcję niejonowych środków powierzchniowo czynnych, ponieważ zapewniają wyjątkową stabilność w obecności twardej wody, gwałtownych zmian pH i elektrolitów. Aby uzyskać inne określone właściwości materiału, stosuje się różne inne środki, np. anionowe środki powierzchniowo czynne dla lepszej hydrofobowości lub kationowe środki powierzchniowo czynne dla lepszej przyczepności.
Uwaga: Im mniejsze krople, tym więcej środka powierzchniowo czynnego potrzeba do pokrycia ich powierzchni, ponieważ stosunek V/S dla kul jest następujący: S/V = 3/R. Przy każdym zwiększeniu długości lub promienia do x*l lub x*r pole powierzchni zwiększa się x do kwadratu razy (x2), a objętość zwiększa się x do sześcianu razy (x3).
Opracowywanie receptur z emulsjami i dyspersjami woskowymi
Homogenizatory ultradźwiękowe służą nie tylko do wytwarzania emulsji / dyspersji woskowych – wykorzystuje się je również do przetwarzania emulsji woskowych na kolejnych etapach, aby wprowadzić emulsję jako dodatek do produktu końcowego (np. powłok, lakierów, farb, kosmetyków itp.).
Homogenizatory ultradźwiękowe do pracy przy dużym obciążeniu do wytwarzania stabilnych emulsji woskowych
Hielscher Ultrasonics jest uznanym na całym świecie dostawcą homogenizatorów ultradźwiękowych dużej mocy. Nasze sonikatory są wykorzystywane na całym świecie jako niezawodne i wytrzymałe „konie robocze” w przemyśle chemicznym, farmaceutycznym, kosmetycznym i spożywczym. Sonikatory przemysłowe Hielscher mogą w sposób ciągły zapewniać bardzo wysokie amplitudy do 200µm (a na życzenie również wyższe), aby generować intensywną kawitację i silne ścinanie. W rezultacie powstają ultradrobne nanoemulsje i dyspersje o bardzo wąskich rozkładach wielkości cząstek. Nasze systemy ultradźwiękowe dużej mocy pomagają uzyskać doskonałą jakość preparatów woskowych.
Wytrzymałość sonikatorów Hielscher umożliwia pracę 24/7 przy dużym obciążeniu i w wymagających warunkach.
Sonikator sondowy UP400St do przygotowywania stabilnych emulsji woskowych.
| Objętość partii | Natężenie przepływu | Zalecane urządzenia |
|---|---|---|
| 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 |
Skontaktuj się z nami! / Zapytaj nas!
Homogenizator ultradźwiękowy dużej mocy UIP15000hdT o mocy 1,5kW z komorą przepływową do emulgowania w linii technologicznej.
Literatura / Źródła
- 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.
Warto wiedzieć
Czym jest wosk? Do czego wykorzystuje się woski?
Woski definiuje się jako zróżnicowaną klasę związków organicznych, które w temperaturach zbliżonych do temperatury otoczenia są hydrofobowymi, plastycznymi ciałami stałymi. Woski składają się z różnych składników, w tym węglowodorów (alkanów i alkenów o łańcuchach prostych lub rozgałęzionych), ketonów, diketonów, alkoholi pierwszorzędowych i drugorzędowych, aldehydów, estrów steroli, kwasów alkanowych, terpenów (skwalenu) oraz monoestrów (estrów woskowych). Skład chemiczny wosków jest złożony i zróżnicowany, ale ogólnie woski zawierają stosunkowo duży udział alkanów, a węglowodory mają długie lub bardzo długie łańcuchy węglowe (od 12 do około 38 atomów węgla). Pozostają w stanie stałym w szerokim zakresie temperatur (temperatura topnienia między 60°C a 100°C). Po stopieniu stają się cieczą o niskiej lepkości.
Charakteryzują się nierozpuszczalnością w wodzie, lecz rozpuszczalnością w organicznych rozpuszczalnikach niepolarnych. Woski można podzielić na naturalne (pochodzenia roślinnego i zwierzęcego), półsyntetyczne oraz syntetyczne.
Głównym surowcem do komercyjnej produkcji wosków jest ropa naftowa.
Dwa najważniejsze rodzaje wosków naftowych to woski parafinowe i mikrokrystaliczne:
Woski parafinowe mają przeważnie postać białego, bezwonnego, pozbawionego smaku, woskowatego ciała stałego, o typowej temperaturze topnienia między 46°C a 68°C (115°F a 154°F) i gęstości ok. 900 kg/m3. Mają strukturę makrokrystaliczną i są nierozpuszczalne w wodzie, lecz rozpuszczalne w eterze, benzenie i niektórych estrach. Woski parafinowe otrzymuje się z ropy naftowej i zawierają one od 20 do 40 atomów węgla.
Wosk mikrokrystaliczny, znany również jako wazelina, znajduje różnorodne zastosowania ze względu na swój zapach, barwę, zawartość oleju, konsystencję i zdolność wiązania oleju.
Woski α-olefinowe otrzymuje się syntetycznie z etylenu w procesie syntezy Fischera–Tropscha z katalizatorem Zieglera–Natty lub w procesie oligomeryzacji etylenu. Woski alfa-olefinowe najczęściej stosuje się w dodatkach do olejów smarowych, środkach smarnych do PVC, świecach, chemikaliach do wierceń naftowych i kosmetykach.
Wosk polietylenowy (PE-WAX) to polietylen o ultraniskiej masie cząsteczkowej (ULMWPE), złożony z łańcuchów monomerów etylenu. Wosk polipropylenowy (PP-WAX) to syntetyczna, krystaliczna żywica o niskiej masie cząsteczkowej.
Zarówno woski polietylenowe, jak i polipropylenowe są homopolimerami i służą głównie do opracowywania preparatów barwiących do tworzyw sztucznych.
Woski kopolimerowe , takie jak pochodne kopolimerów etylenu z octanem winylu (EVA) oraz etylenu z kwasem akrylowym (EAA), są szeroko stosowane w recepturach powłok, np. metalicznych powłok bazowych.
Woski i dodatki woskowe są szeroko stosowane do nadawania produktom smarowności/poślizgu, właściwości reologicznych, odporności na ścieranie, właściwości zapobiegających blokowaniu/barierowych, połysku lub zmatowienia, odporności na utlenianie i/lub właściwości hydrofobowych.
Woski są powszechnie stosowanym składnikiem w wielu branżach, m.in. w produkcji chemikaliów (np. wysokowartościowych i specjalistycznych), powłok, farb i tuszów, dodatków i modyfikatorów, klejów, tworzyw sztucznych i PVC, opon i gum, w budownictwie, a także w produkcji urządzeń do regulacji termostatycznej, opakowań, żywności i kosmetyków.
Woski naturalne:
- Woski zwierzęce: wosk pszczeli, lanolina, łój, szelak, spermacet
- Woski roślinne: carnauba, candelilla, sojowy, rycynowy, z otrąb ryżowych, z woskownicy, jojoba itp.
Woski mineralne:
- Woski kopalne: cerezyna, wosk montanowy, ozokeryt, wosk torfowy
- Woski naftowe: parafina, woski mikrokrystaliczne, np. wazelina
Woski otrzymywane syntetycznie:
Woski syntetyczne: polimery etylenowe, np. polietylen i eteroestry polioli; woski poliolefinowe; woski amidowe kwasów tłuszczowych; chlorowane naftaleny; woski typu węglowodorowego, np. Fischera–Tropscha.
Czym jest emulsja woskowa?
Emulsja woskowa / dyspersja woskowa to stabilna mieszanina jednego lub kilku wosków w wodzie. Ponieważ woski i ciecze wodne zwykle nie mieszają się ze sobą, do utworzenia stabilnej emulsji woskowej potrzebne są środki powierzchniowo czynne oraz zaawansowany proces mieszania, np. z wykorzystaniem ultradźwięków dużej mocy. Zgodnie z poprawną terminologią emulsję woskową należy nazywać dyspersją woskową, ponieważ woski są ciałami stałymi w temperaturze pokojowej. Ponieważ jednak emulsje / dyspersje woskowe przygotowuje się ze stopionych wosków, terminy „emulgowanie” i „emulsja woskowa” są najczęściej używane w odniesieniu do wodnych preparatów woskowych, natomiast termin „dyspersja woskowa” opisuje przeważnie preparat woskowy na bazie rozpuszczalnika.
Czym jest emulsja
Emulsja to dyspersja cieczy w cieczy, złożona z dwóch lub więcej niemieszających się cieczy.
Emulsja może występować w różnych typach: w/o, o/w, w/o/w, o/w/o
Typ emulsji (w/o lub o/w) można zbadać za pomocą próby rozcieńczania. Emulsję można rozcieńczać wyłącznie fazą ciągłą / zewnętrzną. Inną metodą określania typu emulsji jest badanie przewodnictwa. Jonowe emulsje o/w nie przewodzą, natomiast emulsje o/w przewodzą prąd elektryczny.
Aby wykonać test z użyciem CoCl2 na bibule filtracyjnej, bibułę impregnuje się CoCl2 i suszy (barwa niebieska). Barwa bibuły filtracyjnej z CoCl2 zmienia się na różową po dodaniu emulsji o/w.
Hielscher Ultrasonics produkuje homogenizatory ultradźwiękowe o wysokiej wydajności, od urządzeń laboratoryjnych po urządzenia w skali przemysłowej.