Emulsje woskowe z ultradźwiękami mocy
Gdy wosk jest rozproszony w postaci nanokropel o bardzo jednorodnym rozkładzie, uzyskuje się stabilne emulsje woskowe. Homogenizatory ultradźwiękowe generują duże siły ścinające i są niezawodnymi i wytrzymałymi systemami do produkcji stabilnych nanoemulsji woskowych. Homogenizatory Hielscher Ultrasonics o wysokiej sile ścinania zapewniają doskonałe emulsje dla różnych gałęzi przemysłu.
Ultradźwiękowe emulsje woskowe
Ultradźwiękowo generowane wysokie siły ścinające dostarczają wymaganej energii do produkcji nanoemulsji woskowych, np. stabilnych nanoemulsji parafinowych.
Emulsje i dyspersje submikronowe i nano mogą być formułowane przy użyciu kombinacji różnych wosków w celu uzyskania doskonałego produktu o bardzo wysokiej funkcjonalności (np. smarowanie, wodoodporność, odporność na zarysowania itp.).
Wysokie siły ścinające homogenizatorów ultradźwiękowych umożliwiają wytwarzanie stabilnych, gotowych do użycia preparatów woskowych z cząstkami w stanie równowagi. W wyniku emulgowania ultradźwiękowego uzyskuje się cząstki o rozmiarach nano i równomiernym rozkładzie.
Przemysłowy ultradźwiękowy system przepływowy do produkcji emulsji woskowych.
- bardzo małe rozmiary kropli poniżej 100 nm
- stabilne emulsje
- wydłużony okres trwałości (stabilność mechaniczna)
- wyższa skuteczność
- Precyzyjna kontrola procesu
Ultradźwiękowa nanoemulsja wosku parafinowego
Jak przygotować stabilną emulsję parafinową?
Emulsja woskowa o nanorozmiarach jest tworzona ze stopionego wosku parafinowego (jako fazy olejowej), wody destylowanej i anionowego SDS jako środka powierzchniowo czynnego. W celu utworzenia gruboziarnistej mieszanki wstępnej, wosk, woda i środek powierzchniowo czynny są homogenizowane za pomocą mieszadła magnetycznego przy 1000 obr. Dlatego środek powierzchniowo czynny (stężenie 10 mg/ml emulsji) i woda są mieszane w zlewce i podgrzewane do około 65-70ºC. Następnie wosk parafinowy jest dodawany kroplami, utrzymując frakcję objętościową 0,2 fazy olejowej pod mieszaniem magnetycznym.
Po całkowitym dodaniu wosku parafinowego, grubo wymieszana emulsja jest sonikowany ultradźwiękowym homogenizatorem stołowym UIP1000hdT (1000W, 20kHz) przez około 15 minut. Proces emulgowania ultradźwiękowego skutkuje nanoemulsją woskową o bardzo wysokiej stabilności.
Przeczytaj więcej o emulsji parafinowej przy użyciu sonikacji!
Ultradźwiękowe nano-emulsje przygotowane z Hielscher UP400St
środki powierzchniowo czynne
Emulsje woskowe mogą być stabilizowane za pomocą mechanizmu sterycznego (przy użyciu emulgatorów niejonowych) lub mechanizmu elektrostatycznego (przy użyciu emulgatorów jonowych, najczęściej anionowych). Połączenie emulgatorów anionowych i niejonowych zapewnia emulsji optymalną stabilność, ponieważ cząsteczki wosku są chronione przez oba mechanizmy stabilizacji. Jest to określane jako mechanizm stabilizacji elektro-sterycznej.
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 jako niejonowe środki powierzchniowo czynne, ponieważ zapewniają one wyjątkową stabilność wobec twardej wody, wstrząsów pH i elektrolitów. W przypadku innych specyficznych właściwości materiału stosuje się różne inne, 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 jest wymagane do pokrycia powierzchni kropli, ponieważ stosunek V/S kulek jest następujący: S/V = 3/R. Dla każdego wzrostu x*l lub x*r długości lub promienia, wzrost powierzchni wynosi x podniesione do kwadratu (x2), a wzrost objętości x jest sześcienny (x3).
Formulacja z użyciem emulsji i dyspersji woskowych
Homogenizatory ultradźwiękowe są wykorzystywane nie tylko do tworzenia emulsji/dyspersji woskowych – Są one wykorzystywane do przetwarzania emulsji woskowych w dalszych etapach w celu włączenia emulsji jako dodatku do produktu końcowego (np. powłok, lakierów, farb, kosmetyków itp.).
Wytrzymałe homogenizatory ultradźwiękowe do stabilnych emulsji woskowych
Hielscher Ultrasonics jest znanym na całym świecie dostawcą homogenizatorów ultradźwiękowych o dużej mocy. Nasze ultradźwięki można znaleźć na całym świecie jako niezawodne i wytrzymałe “konie robocze” w przemyśle chemicznym, farmaceutycznym, kosmetycznym i spożywczym. Ultradźwięki klasy przemysłowej firmy Hielscher są w stanie dostarczać w sposób ciągły bardzo wysokie amplitudy do 200 µm (i wyższe na żądanie) w celu wytworzenia intensywnej kawitacji i wysokiego ścinania. W rezultacie wytwarzane są ultradrobne nanoemulsje i dyspersje o bardzo wąskim rozkładzie cząstek. Nasze systemy ultradźwiękowe o dużej mocy pomagają uzyskać najwyższą jakość preparatów woskowych.
Wytrzymałość sonikatorów Hielscher pozwala na pracę w trybie 24/7 przy dużym obciążeniu i w wymagających środowiskach.
Sonikator sondowy UP400St do przygotowywania stabilnych emulsji woskowych.
| Wielkość partii | natężenie przepływu | Polecane urządzenia |
|---|---|---|
| 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 |
Skontaktuj się z nami! / Zapytaj nas!
Wydajny homogenizator ultradźwiękowy UIP15000hdT o mocy 1,5 kW z komorą przepływową do emulgowania w linii produkcyjnej.
Literatura / Referencje
- 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.
Fakty, które warto znać
Co to jest wosk? Do czego służą woski?
Woski definiuje się jako zróżnicowaną klasę związków organicznych, które są hydrofobowymi, plastycznymi ciałami stałymi w temperaturach zbliżonych do temperatury otoczenia. Woski składają się z różnych składników, w tym węglowodorów (normalnych lub rozgałęzionych alkanów i alkenów), ketonów, diketonów, alkoholi pierwszo- i drugorzędowych, aldehydów, estrów steroli, kwasów alkanowych, terpenów (skwalenu) i monoestrów (estrów woskowych). Skład chemiczny wosków jest złożony i zróżnicowany, ale generalnie woski zawierają stosunkowo dużą ilość alkanów, a węglowodory mają długie lub bardzo długie łańcuchy węglowe (od 12 do około 38 atomów węgla). Są one stałe w szerokim zakresie temperatur (temperatura topnienia od 60°C do 100°C). Po stopieniu zamieniają się w ciecz o niskiej lepkości.
Charakteryzują się nierozpuszczalnością w wodzie, ale rozpuszczalnością w organicznych, niepolarnych rozpuszczalnikach. Woski można podzielić na naturalne (pochodzenia roślinnego, zwierzęcego), półsyntetyczne i syntetyczne.
Do komercyjnej produkcji wosków głównym źródłem jest ropa naftowa.
Dwa najważniejsze rodzaje wosków naftowych to parafina i woski mikrokrystaliczne:
Woski parafinowe charakteryzuje się głównie białą, bezwonną, bezsmakową, woskową konsystencją stałą, o typowej temperaturze topnienia między 46°C a 68°C (115°F a 154°F) i gęstości około 900 kg/m3. Ma strukturę makrokrystaliczną i jest nierozpuszczalny w wodzie, ale rozpuszczalny w eterze, benzenie i niektórych estrach. Woski parafinowe pochodzą z ropy naftowej i zawierają od 20 do 40 atomów węgla.
Wosk mikrokrystaliczny, znany również jako petrolatum, jest używany do różnych zastosowań ze względu na swój zapach, kolor, zawartość oleju, konsystencję i właściwości wiążące olej.
Woski α-olefinowe są syntetycznie otrzymywane z etylenu poprzez syntezę Fischera-Tropscha z katalizatorem Zieglera-Natty lub poprzez oligomeryzację etylenu. Woski alfa-olefinowe są najczęściej stosowane w dodatkach do olejów smarowych, smarach PVC, świecach, chemikaliach wiertniczych i kosmetykach.
Wosk polietylenowy (PE-WAX) to polietylen o bardzo niskiej masie cząsteczkowej (ULMWPE) składający się z łańcuchów monomeru etylenu. wosk polipropylenowy (PP-WAX) to syntetyczna, krystaliczna żywica niskocząsteczkowa.
Zarówno woski olyetylenowe, jak i polipropylenowe są homopolimerami i są stosowane głównie do formułowania barwników do tworzyw sztucznych.
Woski kopolimerowe takie jak pochodne octanu etylenowinylu (EVA) i kwasu etylenowo-akrylowego (EAA) są szeroko rozpowszechnione w formułach powłok, np. metalicznych lakierów bazowych.
Woski i dodatki woskowe są szeroko stosowane w celu nadania produktowi właściwości smarnych/poślizgowych, reologicznych, odporności na ścieranie, zapobiegania blokowaniu/barier, polerowania lub matowania, odporności na utlenianie i/lub hydrofobowości.
Woski są szeroko stosowanym składnikiem w wielu gałęziach przemysłu, takich jak produkcja chemikaliów (np. & chemia specjalistyczna), powłoki, farby & tusze, dodatki & modyfikatory, kleje, tworzywa sztuczne & PVC, opony & gumy, konstrukcja & budownictwo, termostatyczne urządzenia sterujące, opakowania, żywność i kosmetyki.
Naturalne woski:
- Woski zwierzęce: wosk pszczeli, lanolina, łój, szelak, spermacet
- Woski roślinne: carnauba, candelilla, sojowy, rycynowy, z otrębów ryżowych, laurowy, jojoba itp.
Woski mineralne:
- Woski kopalne: Ceresin, Montan, Ozocerite, Wosk torfowy
- Woski naftowe: parafina, woski mikrokrystaliczne, np. petrolatum
Syntetyzowane woski:
Woski syntetyczne: polimery etylenowe, np. polietylen & estry poliolowe; woski poliolefinowe; woski amidowe kwasów tłuszczowych; chlorowane naftaleny; węglowodory, np. typu Fischer-Tropsch.
Co to jest emulsja woskowa?
Emulsja woskowa / dyspersja woskowa to stabilna mieszanina jednego lub kilku wosków w wodzie. Ponieważ woski i ciecze wodne są zwykle niemieszalne, do utworzenia stabilnej emulsji woskowej wymagane są środki powierzchniowo czynne i zaawansowany proces mieszania, np. ultradźwięki. Prawidłowo emulsja woskowa musi być nazywana dyspersją woskową, ponieważ woski są stałe w temperaturze pokojowej. Ale ponieważ emulsje/dyspersje woskowe są przygotowywane ze stopionych wosków, terminy “emulgowanie” i “emulsja woskowa” są najczęściej używane w odniesieniu do wodnych preparatów woskowych, podczas gdy termin “dyspersja wosku” opisuje głównie formułę wosku na bazie rozpuszczalnika.
Co to jest emulsja
Emulsja to ciecz w cieczy będąca dyspersją dwóch lub więcej niemieszających się cieczy.
Emulsja może występować w różnych typach: w/o, o/w, w/o/w, o/w/o
Rodzaj emulsji (w/o lub o/w) można zbadać za pomocą testu rozcieńczania. Emulsję można rozcieńczyć tylko fazą ciągłą / zewnętrzną. Inną metodą identyfikacji typu emulsji jest badanie przewodności. Jonowe emulsje o/w nie przewodzą prądu, podczas gdy emulsje o/w przewodzą prąd elektryczny.
Do stosowania CoCl2 test bibuły filtracyjnej, bibuła filtracyjna jest impregnowana CoCl2 i wysuszony (kolor niebieski). Kolor CoCl2 bibuła filtracyjna zmienia kolor na różowy po dodaniu emulsji o/w.
Hielscher Ultrasonics produkuje wysokowydajne homogenizatory ultradźwiękowe od laboratorium do rozmiar przemysłowy.