Emulsões de cera com ultra-sons de potência
Quando a cera é dispersa em nano gotículas com uma distribuição muito homogénea, obtém-se uma emulsão de cera estável. Os homogeneizadores ultra-sónicos geram forças de cisalhamento elevadas e são sistemas fiáveis e robustos para produzir nano-emulsões de cera estáveis. Hielscher Ultrasonics homogeneizadores de alto cisalhamento entregar emulsões superiores para várias indústrias.
Emulsões de cera por ultra-sons
As forças de cisalhamento elevadas geradas por ultra-sons fornecem a energia necessária para produzir emulsões de cera de tamanho nanométrico, por exemplo, nanoemulsões estáveis de cera de parafina.
As emulsões e dispersões submicrónicas e nanométricas podem ser formuladas utilizando uma combinação de várias ceras, a fim de obter um produto superior com funcionalidades muito elevadas (por exemplo, lubrificação, resistência à água, resistência aos riscos, etc.).
As elevadas forças de cisalhamento dos homogeneizadores ultra-sónicos permitem produzir formulações de cera estáveis e prontas a usar com partículas em equilíbrio. A emulsificação ultra-sónica resulta em partículas de tamanho nanométrico e uma distribuição uniforme.
Sistema industrial de fluxo ultrassónico para a produção de emulsões de cera.
- gotículas de dimensões muito reduzidas, inferiores a 100 nm
- emulsões estáveis
- prazo de validade alargado (estabilidade mecânica)
- maior eficácia
- controlo preciso do processo
Nanoemulsão ultra-sónica de cera de parafina
Como preparar uma Emulsão Estável de Cera de Parafina
A emulsão de cera nanométrica é formulada a partir de cera de parafina fundida (como fase oleosa), água destilada e SDS aniónico como surfactante. A fim de formar uma pré-mistura grosseira, a cera, a água e o tensioativo são homogeneizados utilizando um agitador magnético a 1000 rpm. Em seguida, o tensioativo (concentração 10 mg/ml de emulsão) e a água são misturados num copo e aquecidos a cerca de 65-70ºC. Em seguida, a cera de parafina é adicionada gota a gota, mantendo uma fração de volume de 0,2 da fase oleosa sob agitação magnética.
Após a adição completa da cera de parafina, a emulsão pré-misturada de forma grosseira é sonicado com um homogeneizador ultrassónico de bancada UIP1000hdT (1000W, 20kHz) durante cerca de 15 minutos. O processo de emulsificação por ultra-sons resulta numa nanoemulsão de cera com uma estabilidade muito elevada.
Leia mais sobre a emulsão de cera de parafina utilizando a sonicação!
Nano-emulsões ultra-sónicas preparadas com o Hielscher UP400St
surfactantes
As emulsões de cera podem ser estabilizadas por um mecanismo estérico (utilizando emulsionantes não iónicos) ou por um mecanismo eletrostático (utilizando emulsionantes iónicos, na maioria das vezes aniónicos). A combinação de emulsionantes aniónicos e não iónicos proporciona à emulsão uma estabilidade óptima porque as partículas de cera são protegidas através de ambos os mecanismos de estabilização. Isto é referido como o mecanismo de estabilização electro-estérico.
Para a emulsificação das ceras, podem ser utilizados vários emulsionantes ou tensioactivos, que podem ser aniónicos, catiónicos ou não iónicos. Os tensioactivos mais utilizados são os etoxilatos de álcoois gordos como tensioactivos não-iónicos, uma vez que oferecem uma extraordinária estabilidade contra a água dura, choques de pH e electrólitos. Para outras caraterísticas específicas do material, são utilizados vários outros, por exemplo, tensioactivos aniónicos para uma melhor hidrofobicidade ou tensioactivos catiónicos para uma melhor aderência.
Nota: Quanto mais pequenas forem as gotas, mais tensioativo é necessário para cobrir a superfície da gota, uma vez que a relação V/S das esferas é a seguinte S/V = 3/R. Para qualquer aumento, x*l ou x*r, do comprimento ou do raio, o aumento da área superficial é x ao quadrado (x2) e o aumento de volume x é elevado ao cubo (x3).
Formulação com Emulsões e Dispersões de Cera
Os homogeneizadores ultra-sónicos não são utilizados apenas para formar emulsões/dispersões de cera – são utilizados para processar as emulsões de cera em etapas posteriores para incorporar a emulsão como um aditivo no produto final (por exemplo, revestimentos, lacas, tintas, cosméticos, etc.).
Homogeneizadores ultra-sónicos de alta capacidade para emulsões de cera estáveis
A Hielscher Ultrasonics é um fornecedor de renome mundial de homogeneizadores ultra-sónicos de alta potência. Os nossos ultrassons podem ser encontrados em todo o mundo como fiáveis e robustos “cavalos de trabalho” na indústria química, farmacêutica, cosmética e alimentar. Hielscher ultrasonicators grau industrial são capazes de entregar continuamente muito altas amplitudes de até 200µm (e maior a pedido), a fim de gerar cavitação intensa e alto cisalhamento. Como resultado, nano emulsões ultra-finas e dispersões com distribuições de partículas muito estreitas são produzidos. Os nossos sistemas de ultra-sons de alta potência ajudam-no a obter uma qualidade superior das suas formulações de cera.
A robustez dos sonicadores Hielscher permite o funcionamento 24 horas por dia, 7 dias por semana, em serviço pesado e em ambientes exigentes.
Sonicador de tipo 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.d. | 10 a 100L/min | UIP16000hdT |
| n.d. | maior | grupo de UIP16000hdT |
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Potente homogeneizador ultrassónico de 1,5 kW UIP15000hdT com célula de fluxo para emulsificação em linha.
Literatura / 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.
Fatos, vale a pena conhecer
O que é a cera? Para que são utilizadas as ceras?
As ceras são definidas como uma classe diversificada de compostos orgânicos que são sólidos hidrofóbicos e maleáveis a temperaturas próximas da ambiente. As ceras são compostas por vários componentes, incluindo hidrocarbonetos (alcanos e alcenos normais ou ramificados), cetonas, dicetonas, álcoois primários e secundários, aldeídos, ésteres de esteróis, ácidos alcanóicos, 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 de carbono longas ou muito longas (de 12 a cerca de 38 átomos de carbono). São sólidas numa ampla gama de temperaturas (ponto de fusão entre 60°C e 100°C). Quando fundidos, transformam-se num líquido de baixa viscosidade.
Caracterizam-se pela sua insolubilidade em água mas solubilidade em solventes orgânicos não polares. As ceras podem ser distinguidas em ceras naturais (derivadas de plantas e animais), semi-sintéticas e sintéticas.
Para a produção comercial de ceras, o petróleo bruto é a principal fonte.
Os dois tipos mais importantes de cera de petróleo são a parafina e as ceras microcristalinas:
Ceras de parafina apresenta sobretudo 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. Tem uma estrutura macrocristalina e é insolúvel em água, mas solúvel 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 microcristalinatambém conhecido como petrolato, é utilizado em múltiplas aplicações devido ao seu odor, cor, teor de óleo, consistência e propriedade de ligação ao óleo.
Ceras α-olefinas são derivadas sinteticamente do etileno através da síntese de Fischer-Tropsch com um catalisador Ziegler-Natta ou através da oligomerização do etileno. As ceras alfa-olefínicas são mais frequentemente utilizadas em aditivos para óleos lubrificantes, lubrificantes de PVC, velas, produtos químicos para perfuração de petróleo e cosméticos.
Cera de polietileno (PE-WAX) é um polietileno de ultra baixo peso molecular (ULMWPE) constituído por cadeias de monómeros de etileno. Cera de polipropileno (PP-WAX) é uma resina sintética, cristalina e de baixo peso molecular.
Tanto as ceras de polipropileno como as de polietileno são homopolímeros e são principalmente utilizadas na formulação de corantes para plásticos.
Ceras de copolímero tais como os derivados do acetato de etileno vinilo (EVA) e do ácido etileno acrílico (EAA) estão amplamente difundidos nas formulações de revestimentos, por exemplo, bases metálicas.
As ceras e os aditivos de cera são amplamente utilizados para conferir a um produto lubrificação/deslizamento, reologia, resistência à abrasão, anti-bloqueio/barreira, polimento ou fosqueamento, 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, produtos finos & química especializada), revestimentos, tintas & tintas, aditivos & modificadores, adesivos, plásticos & PVC, pneus & borrachas, construção & construção, dispositivos de controlo termostático, embalagens, alimentos e cosméticos.
Ceras naturais:
- Ceras animais: cera de abelha, lanolina, sebo, goma-laca, espermacete
- Ceras vegetais: carnaúba, candelilla, soja, rícino, farelo de arroz, bayberry, jojoba, etc.
Ceras minerais:
- Ceras fósseis: Ceresina, Montan, Ozocerite, Cera de turfa
- Ceras de petróleo: parafina, ceras microcristalinas, por exemplo, petrolato
Ceras sintetizadas:
Ceras sintéticas: polímeros etilénicos, por exemplo, polietileno & Éteres de poliol; ceras de poliolefinas; ceras de amidas de ácidos gordos; naftalenos clorados; tipo de hidrocarbonetos, 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 tensioactivos e um processo de mistura sofisticado, por exemplo, ultra-sons potentes, para formar uma emulsão de cera estável. Em termos corretos, uma emulsão de cera deve ser chamada de dispersão de cera, uma vez que as ceras são sólidas à temperatura ambiente. Mas como as emulsões / dispersões de cera são preparadas com ceras fundidas, os termos “Emulsificação” e “emulsão de cera” são mais frequentemente utilizados para formulações aquosas de cera, enquanto que o termo “dispersão de cera” descreve principalmente 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-se em vários tipos: p/p, o/w, p/p/w, o/w/o
O tipo de emulsão (p/p ou o/w) pode ser examinado através de 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 que as emulsões o/w conduzem a corrente eléctrica.
Para a utilização do CoCl2 ensaio do papel de filtro, um papel de filtro é impregnado com CoCl2 e secas (cor azul). A cor do CoCl2 o papel de filtro torna-se cor-de-rosa quando se adiciona uma emulsão o/w.
A Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultra-sónicos de alto desempenho a partir de laboratório para dimensão industrial.