Emulsões de cera com ultrassons de potência
Quando a cera é dispersa sob a forma de nanogotículas com uma distribuição muito homogénea, obtém-se uma emulsão de cera estável. Os homogeneizadores ultrassónicos geram forças de cisalhamento elevadas e são sistemas fiáveis e robustos para produzir nanoemulsões de cera estáveis. Os homogeneizadores de elevado cisalhamento da Hielscher Ultrasonics proporcionam emulsões superiores para várias indústrias.
Emulsões ultrassónicas de cera
As forças de cisalhamento elevadas geradas por ultrassons fornecem a energia necessária para produzir emulsões de cera de dimensão nanométrica, por exemplo, nanoemulsões estáveis de cera de parafina.
Podem formular-se emulsões e dispersões submicrométricas e nanométricas utilizando uma combinação de várias ceras para obter um produto superior com funcionalidades muito elevadas (por exemplo, lubrificação, resistência à água, resistência a riscos, etc.).
As forças de cisalhamento elevadas dos homogeneizadores ultrassónicos permitem produzir formulações de cera estáveis e prontas a utilizar, com partículas em equilíbrio. A emulsificação ultrassónica resulta em partículas de dimensão nanométrica e numa distribuição uniforme.
Sistema ultrassónico industrial de fluxo contínuo para a produção de emulsões de cera.
- gotículas de dimensões muito pequenas, inferiores a 100nm
- emulsões estáveis
- prazo de conservação prolongado (estabilidade mecânica)
- maior eficácia
- controlo preciso do processo
Nanoemulsão ultrassónica de cera de parafina
Como preparar uma emulsão estável de cera de parafina
A emulsão de cera de dimensão nanométrica é formulada a partir de cera de parafina fundida (como fase oleosa), água destilada e SDS aniónico como tensioativo. Para formar uma pré-mistura grosseira, a cera, a água e o tensioativo são homogeneizados utilizando um agitador magnético a 1000 rpm. Para tal, o tensioativo (concentração de 10 mg/ml de emulsão) e a água são misturados num copo de precipitação e aquecidos a aproximadamente 65–70ºC. Em seguida, adiciona-se a cera de parafina gota a gota, mantendo uma fração volúmica da fase oleosa de 0,2 sob agitação magnética.
Após a adição completa da cera de parafina, a emulsão pré-misturada de forma grosseira é sonicada com um homogeneizador ultrassónico de bancada UIP1000hdT (1000W, 20kHz) durante aproximadamente 15 min. O processo de emulsificação ultrassónica resulta numa nanoemulsão de cera com uma estabilidade muito elevada.
Saiba mais sobre a emulsão de cera de parafina por sonicação!
Nanoemulsões ultrassónicas preparadas com o Hielscher UP400St
Tensioativos
As emulsões de cera podem ser estabilizadas por um mecanismo estérico (utilizando emulsificadores não iónicos) ou por um mecanismo eletrostático (utilizando emulsificadores iónicos, na maioria das vezes aniónicos). A combinação de emulsificadores aniónicos e não iónicos proporciona à emulsão a estabilidade ótima, porque as partículas de cera são protegidas por ambos os mecanismos de estabilização. Este mecanismo é designado por mecanismo de estabilização eletroestérica.
Para a emulsificação de ceras, podem utilizar-se vários emulsificadores ou tensioativos, que podem ser aniónicos, catiónicos ou não iónicos. Os tensioativos mais utilizados são os álcoois gordos etoxilados, como tensioativos não iónicos, uma vez que oferecem uma estabilidade extraordinária perante água dura, variações bruscas de pH e eletrólitos. Para outras características específicas dos materiais, utilizam-se vários outros, por exemplo, tensioativos aniónicos para uma melhor hidrofobicidade ou tensioativos catiónicos para uma melhor adesão.
Nota: Quanto menores forem as gotículas, maior será a quantidade de tensioativo necessária para cobrir a superfície das gotículas, uma vez que a relação V/S das esferas é a seguinte: S/V = 3/R. Para qualquer aumento, x*l ou x*r, no comprimento ou no raio, o aumento da área superficial é x ao quadrado (x2) e o aumento do volume é x ao cubo (x3).
Formulação com emulsões e dispersões de cera
Os homogeneizadores ultrassónicos não são utilizados apenas para formar emulsões / dispersões de cera – são utilizados para processar as emulsões de cera em etapas posteriores, de modo a incorporar a emulsão como aditivo no produto final (por exemplo, revestimentos, lacas, tintas, cosméticos, etc.).
Homogeneizadores ultrassónicos para serviço intensivo para emulsões de cera estáveis
A Hielscher Ultrasonics é um fornecedor de homogeneizadores ultrassónicos de alta potência de renome mundial. Os nossos sonicadores encontram-se em todo o mundo como «cavalos de trabalho» fiáveis e robustos nas indústrias química, farmacêutica, cosmética e alimentar. Os sonicadores de classe industrial da Hielscher são capazes de fornecer continuamente amplitudes muito elevadas de até 200µm (e superiores mediante pedido), para gerar cavitação intensa e cisalhamento elevado. Como resultado, produzem-se nanoemulsões e dispersões ultrafinas com distribuições de partículas muito estreitas. Os nossos sistemas de ultrassons de alta potência ajudam a obter uma qualidade superior nas suas formulações de cera.
A robustez dos sonicadores Hielscher permite o funcionamento 24/7 em serviço intensivo e em ambientes exigentes.
Sonicador de sonda UP400St para a preparação de emulsões de cera estáveis.
| Volume do lote | Caudal | Dispositivos recomendados |
|---|---|---|
| 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.a. | 10 a 100L/min | UIP16000hdT |
| n.a. | superior | conjunto de UIP16000hdT |
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Potente homogeneizador ultrassónico de 1,5kW UIP15000hdT com célula de fluxo para emulsificação em linha.
Bibliografia / Referências
- 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.
Informações úteis
O que é a cera? Para que se utilizam as ceras?
As ceras são definidas como uma classe diversificada de compostos orgânicos que são sólidos hidrofóbicos e maleáveis a temperaturas próximas da temperatura ambiente. As ceras são constituídas por vários componentes, incluindo hidrocarbonetos (alcanos e alcenos normais ou ramificados), cetonas, dicetonas, álcoois primários e secundários, aldeídos, ésteres de esteróis, ácidos alcanoicos, terpenos (esqualeno) e monoésteres (ésteres de cera). A composição química das ceras é complexa e variável, mas, em geral, as ceras contêm uma proporção relativamente elevada de alcanos e os hidrocarbonetos têm cadeias carbonadas longas ou muito longas (de 12 até cerca de 38 átomos de carbono). São sólidas numa ampla gama de temperaturas (ponto de fusão entre 60°C e 100°C). Quando fundidas, transformam-se num líquido de baixa viscosidade.
Caracterizam-se pela sua insolubilidade em água, mas solubilidade em solventes orgânicos apolares. As ceras podem distinguir-se em ceras naturais (de origem vegetal ou animal), semissintéticas e sintéticas.
Para a produção comercial de ceras, o petróleo bruto é a principal fonte.
Os dois tipos mais importantes de ceras de petróleo são as ceras de parafina e as ceras microcristalinas:
Ceras de parafina apresentam, na sua maioria, uma consistência sólida cerosa, branca, inodora e insípida, com um ponto de fusão típico entre 46°C e 68°C (115°F e 154°F) e uma densidade de aproximadamente 900 kg/m3. Têm uma estrutura macrocristalina e são insolúveis em água, mas solúveis em éter, benzeno e certos ésteres. As ceras de parafina são derivadas do petróleo bruto e contêm entre 20 e 40 átomos de carbono.
Cera microcristalina, também conhecida como petrolato, é utilizada em múltiplas aplicações devido ao seu odor, cor, teor de óleo, consistência e propriedade de retenção de óleo.
Ceras de α-olefinas são obtidas sinteticamente a partir do etileno, por síntese de Fischer-Tropsch com um catalisador Ziegler-Natta ou por oligomerização do etileno. As ceras de alfa-olefinas são mais frequentemente utilizadas em aditivos para óleos lubrificantes, lubrificantes para PVC, velas, produtos químicos para perfuração petrolífera e cosméticos.
Cera de polietileno (PE-WAX) é um polietileno de massa molecular ultrabaixa (ULMWPE), constituído por cadeias de monómeros de etileno. Cera de polipropileno (PP-WAX) é uma resina sintética e cristalina de baixa massa molecular.
Tanto as ceras de polietileno como as de polipropileno são homopolímeros e são utilizadas principalmente na formulação de corantes para plásticos.
Ceras de copolímeros como os derivados de etileno-acetato de vinilo (EVA) e de etileno-ácido acrílico (EAA) são amplamente utilizadas em formulações de revestimentos, por exemplo, camadas de base metalizadas.
As ceras e os aditivos de cera são amplamente utilizados para conferir a um produto lubrificação/deslizamento, reologia, resistência à abrasão, propriedades antibloqueio/de barreira, brilho ou efeito mate, resistência à oxidação e/ou repelência à água.
As ceras são um componente amplamente utilizado em muitas indústrias, como na produção de produtos químicos (por exemplo, química fina e de especialidades), revestimentos, tintas e tintas de impressão, aditivos e modificadores, adesivos, plásticos e PVC, pneus e borrachas, construção e edificação, dispositivos de controlo termostático, embalagens, alimentos e cosméticos.
Ceras naturais:
- Ceras animais: cera de abelha, lanolina, sebo, goma-laca, espermacete
- Ceras vegetais: carnaúba, candelila, soja, rícino, farelo de arroz, faia-da-cera, jojoba, etc.
Ceras minerais:
- Ceras fósseis: ceresina, cera de montana, ozocerite, cera de turfa
- Ceras de petróleo: parafina, ceras microcristalinas, por exemplo, petrolato
Ceras sintetizadas:
Ceras sintéticas: polímeros etilénicos, por exemplo, polietileno e éteres-ésteres de polióis; ceras de poliolefinas; ceras de amidas de ácidos gordos; naftalenos clorados; do tipo hidrocarboneto, por exemplo, Fischer-Tropsch.
O que é uma emulsão de cera?
Uma emulsão de cera / dispersão de cera é uma mistura estável de uma ou várias ceras em água. Como as ceras e os líquidos aquosos são normalmente imiscíveis, são necessários tensioativos e um processo de mistura sofisticado, por exemplo, ultrassons de potência, para formar uma emulsão de cera estável. Em termos corretos, uma emulsão de cera deve ser designada por dispersão de cera, uma vez que as ceras são sólidas à temperatura ambiente. Contudo, como as emulsões / dispersões de cera são preparadas com ceras fundidas, os termos «emulsificação» e «emulsão de cera» são os mais frequentemente utilizados para formulações aquosas de cera, enquanto o termo «dispersão de cera» descreve sobretudo uma formulação de cera à base de solvente.
O que é uma emulsão
Uma emulsão é uma dispersão de líquido em líquido de dois ou mais líquidos imiscíveis.
Uma emulsão pode apresentar vários tipos: w/o, o/w, w/o/w, o/w/o
O tipo de emulsão (w/o ou o/w) pode ser examinado por um teste de diluição. A emulsão só pode ser diluída com a fase contínua / externa. Outro método para identificar o tipo de emulsão é o teste de condutividade. As emulsões iónicas o/w não conduzem, enquanto as emulsões o/w conduzem corrente elétrica.
Para utilizar o teste com papel de filtro de CoCl2 , impregna-se um papel de filtro com CoCl2 e seca-se (cor azul). A cor do papel de filtro de CoCl2 passa a rosa quando se adiciona uma emulsão o/w.
A Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrassónicos de elevado desempenho, desde a escala laboratorial até à escala industrial.