Dispersões de nanopartículas em cera – Faça Formulações Estáveis!
A dispersão de nanopartículas em matrizes de cera é uma aplicação importante, mas difícil, em revestimentos, cosméticos, produtos farmacêuticos e materiais de mudança de fase. Dada a viscosidade intrínseca das ceras fundidas, a sua hidrofobicidade e a tendência das nanopartículas para se aglomerarem devido às elevadas energias de superfície, a preparação da dispersão de nanopartículas em cera requer conhecimentos especializados. Os sonicadores Hielscher fornecem o poder de dispersão, a capacidade de controlo preciso e a escalabilidade para a produção de dispersões estáveis de nanopartículas e cera na produção industrial e de bancada.
Desafios na dispersão de nanopartículas em cera
Nanopartículas – metálicos, cerâmicos ou à base de carbono – formam facilmente agregados devido a fortes interações de van der Waals. Na cera, estas interações são exacerbadas pela falta de solventes polares ou estabilizadores. A agitação mecânica ou os homogeneizadores rotor-estator revelam-se frequentemente insuficientes, especialmente quando as nanopartículas têm menos de 100 nm de diâmetro ou quando são necessárias cargas elevadas. Uma dispersão homogénea exige uma entrada de energia capaz de quebrar aglomerados à escala nanométrica e, simultaneamente, molhar a superfície das partículas com o meio de cera.
Os sonicadores do tipo sonda Hielscher produzem nanoemulsões estáveis de cera de parafina.
Mecanismo de nano-dispersão ultra-sónica
A eficácia significativa da dispersão ultra-sónica reside no mecanismo de funcionamento único da cavitação acústica. Os sonicadores do tipo sonda geram forças cavitacionais intensas quando ondas de ultrassom de alta intensidade e baixa freqüência se propagam através do líquido, por exemplo, cera derretida. O colapso da bolha durante a cavitação produz pontos quentes localizados com gradientes extremos de cisalhamento, ondas de choque e microjatos. Estas forças transitórias superam a adesão interpartículas e desaglomeram eficazmente os aglomerados de nanopartículas.
Além disso, a ultra-sons aumenta a molhagem das superfícies das nanopartículas pela cera fundida. O colapso repetido das bolhas de cavitação reduz a tensão interfacial, permitindo que as moléculas de cera penetrem entre as partículas e as estabilizem estericamente.
Aplicações para nanodispersões de cera preparadas por ultrassom
A capacidade de dispersar homogeneamente nanopartículas em cera abre caminho a múltiplas aplicações:
- Revestimentos e polimentos: A adição de nanopartículas de sílica ou alumina aumenta a dureza, a resistência aos riscos e o brilho.
- Formulações cosméticas: As nanopartículas de dióxido de titânio ou de óxido de zinco conferem proteção UV, mantendo a transparência.
- Materiais de mudança de fase (PCMs): O grafeno, os nanotubos de carbono ou os óxidos metálicos aumentam a condutividade térmica, melhorando a eficiência do armazenamento de calor nos sistemas de energia.
- Administração de medicamentos: As nanopartículas lipofílicas incorporadas em cera actuam como reservatórios de libertação lenta em formulações tópicas ou orais.
Dispersores ultra-sónicos para formulações de cera-nanopartículas
A dispersão ultra-sónica utilizando sonicadores do tipo sonda de alto desempenho Hielscher é uma técnica robusta e escalável para a produção de nano-dispersões de cera estáveis.
Os sistemas ultra-sônicos do tipo sonda Hielscher são amplamente utilizados para o processamento de nanopartículas devido à sua alta capacidade de processamento, controle preciso de parâmetros e escalabilidade linear. Se você precisa preparar dispersões de nanopartículas de cera em lote ou em produção contínua em linha, Hielscher Ultrasonics oferece a configuração de sonicação ideal: homogeneizadores de laboratório ultra-sônicos são a ferramenta perfeita para pesquisa e desenvolvimento de produtos, enquanto células de fluxo industrial ultra-sônico permitem a produção de nano-dispersões de cera estável cumprindo os mais altos padrões de qualidade.
Construídos de acordo com os mais elevados padrões de qualidade, os ultrassons Hielscher combinam robustez, facilidade de utilização e fácil integração em processos industriais. Concebidos para resistir a ambientes exigentes, dispõem de tecnologia de ponta, têm certificação ISO e cumprem os requisitos CE, UL, CSA e RoHS.
- Alta eficiência
- Tecnologia de ponta
- fiabilidade & robustez
- controlo preciso e ajustável do processo
- lote & em linha
- para qualquer volume
- software inteligente
- caraterísticas inteligentes (por exemplo, programáveis, protocolo de dados, controlo remoto)
- Fácil e seguro de operar
- Manutenção reduzida
- CIP (limpeza no local)
O quadro seguinte dá-lhe uma indicação da capacidade de processamento aproximada dos nossos ultra-sons:
| Volume do lote | caudal | Dispositivos recomendados |
|---|---|---|
| 0.5 a 1,5mL | n.d. | VialTweeter |
| 1 a 500mL | 10 a 200mL/min | UP100H |
| 10 a 2000mL | 20 a 400mL/min | UP200Ht, UP400ST |
| 0.1 a 20L | 0.2 a 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 a 100L | 2 a 10L/min | UIP4000hdt |
| 15 a 150L | 3 a 15L/min | UIP6000hdT |
| n.d. | 10 a 100L/min | UIP16000hdT |
| n.d. | maior | grupo de UIP16000hdT |
Sistema de emulsificação por ultra-sons para a produção industrial de margarina
Literatura / Referências
- 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.
perguntas frequentes
O que é a cera?
A cera é uma classe de materiais orgânicos hidrofóbicos compostos principalmente por hidrocarbonetos de cadeia longa, ésteres, ácidos gordos e álcoois. São sólidos à temperatura ambiente, têm pontos de fusão relativamente baixos e apresentam um comportamento de amolecimento após o aquecimento.
Quais são os diferentes tipos de ceras?
Os diferentes tipos de ceras incluem ceras naturais, como cera de abelha, carnaúba e candelila, ceras minerais derivadas de petróleo ou lignite, como parafina, cera microcristalina e cera de montana, e ceras sintéticas, como polietileno, Fischer-Tropsch e ceras de amida.
Para que são utilizadas as ceras?
As ceras são amplamente utilizadas em todas as indústrias. Proporcionam proteção de superfície em revestimentos e polimentos, actuam como agentes estruturantes e aglutinantes em cosméticos e produtos farmacêuticos, servem como agentes de libertação e revestimentos protectores na indústria alimentar e funcionam como lubrificantes, adesivos e materiais de mudança de fase para armazenamento de energia em aplicações técnicas.
Qual é a polaridade das diferentes ceras?
A polaridade das ceras varia consoante a sua composição química. A parafina e as ceras de polietileno são em grande parte apolares, a cera de abelha e a cera de carnaúba apresentam uma polaridade fraca devido aos ésteres e aos ácidos gordos livres, e o montan ou certas ceras sintéticas apresentam uma polaridade moderada devido às funcionalidades carboxílicas e amídicas.
A Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultra-sónicos de alto desempenho a partir de laboratório para dimensão industrial.