Dispersii de nanoparticule în ceară – Realizați formulări stabile!
Dispersarea nanoparticulelor în matrici de ceară este o aplicație importantă, dar dificilă, în acoperiri, produse cosmetice, produse farmaceutice și materiale cu schimbare de fază. Având în vedere vâscozitatea intrinsecă a cerii topite, hidrofobicitatea acestora și tendința nanoparticulelor de a se aglomera din cauza energiilor de suprafață ridicate, prepararea dispersiei nanoparticule-ceară necesită know-how. Sonicatoarele Hielscher asigură puterea de dispersare, controlabilitatea precisă și scalabilitatea pentru producerea de dispersii stabile de nanoparticule-ceară în producția de banc și industrială.
Provocări în dispersia nanoparticulelor în ceară
nanoparticule – metalice, ceramice sau pe bază de carbon – formează ușor agregate datorită interacțiunilor van der Waals puternice. În ceară, aceste interacțiuni sunt exacerbate de lipsa solvenților polari sau a stabilizatorilor. Agitarea mecanică sau omogenizatoarele rotor-stator se dovedesc adesea insuficiente, în special atunci când nanoparticulele au un diametru mai mic de 100 nm sau când sunt necesare încărcături mari. O dispersie omogenă necesită un aport de energie capabil să descompună aglomerările la scară nanometrică, umezind în același timp suprafața particulelor cu mediul de ceară.
Hielscher sondă tip sonicators produce nanoemulsii stabile de ceară de parafină.
Mecanismul de nano-dispersie ultrasonică
Eficacitatea semnificativă a dispersiei cu ultrasunete constă în mecanismul unic de lucru al cavitării acustice. Sonicatoarele de tip sondă generează forțe cavitaționale intense atunci când undele ultrasonore de înaltă intensitate și joasă frecvență se propagă prin lichid, de exemplu, ceară topită. Colapsul bulei în timpul cavitației produce puncte fierbinți localizate cu gradienți de forfecare extremi, unde de șoc și microjeturi. Aceste forțe tranzitorii depășesc aderența interparticulelor și deaglomerează eficient grupurile de nanoparticule.
În plus, ultrasonizarea îmbunătățește umezirea suprafețelor nanoparticulelor de către ceara topită. Colapsul repetat al bulelor de cavitație reduce tensiunea interfacială, permițând moleculelor de ceară să pătrundă între particule și să le stabilizeze steric.
Aplicații pentru nanodispersii de ceară pregătite cu ultrasunete
Capacitatea de a dispersa în mod omogen nanoparticule în ceară deschide calea pentru o multitudine de aplicații:
- Acoperiri și lustruiri: Adăugarea de nanoparticule de silice sau alumină sporește duritatea, rezistența la zgârieturi și luciul.
- Formulări cosmetice: Nanoparticulele de dioxid de titan sau oxid de zinc conferă protecție UV, menținând în același timp transparența.
- Materiale cu schimbare de fază (PCM): Grafenul, nanotuburile de carbon sau oxizii metalici cresc conductivitatea termică, îmbunătățind eficiența stocării căldurii în sistemele energetice.
- Livrarea medicamentelor: Nanoparticulele lipofile încorporate în ceară acționează ca rezervoare cu eliberare lentă în formulări topice sau orale.
Dispersoare cu ultrasunete pentru formulări ceară-nanoparticule
Dispersia cu ultrasunete folosind sonicatoarele Hielscher de înaltă performanță de tip sondă este o tehnică robustă și scalabilă pentru producerea de nano-dispersii de ceară stabile.
Sistemele cu ultrasunete de tip sondă Hielscher sunt utilizate pe scară largă pentru prelucrarea nanoparticulelor datorită capacității lor ridicate de prelucrare, controlului precis al parametrilor și scalabilității liniare. Indiferent dacă trebuie să pregătiți dispersii de nanoparticule de ceară în lot sau în producția continuă în linie, Hielscher Ultrasonics oferă configurația ideală de sonicare: omogenizatoarele cu ultrasunete de laborator sunt instrumentul perfect pentru cercetare și dezvoltarea produselor, în timp ce celulele industriale cu flux cu ultrasunete permit producerea de nano-dispersii de ceară stabile care îndeplinesc cele mai înalte standarde de calitate.
Construite la cele mai înalte standarde de calitate, ultrasonicatoarele Hielscher combină robustețea, ușurința în utilizare și integrarea ușoară în procesele industriale. Proiectate pentru a rezista în medii solicitante, acestea dispun de tehnologie de ultimă oră, sunt certificate ISO și respectă cerințele CE, UL, CSA și RoHS.
- eficiență ridicată
- tehnologie de ultimă generație
- fiabilitate & robustețe
- control reglabil și precis al procesului
- Lot & Inline
- pentru orice volum
- Software inteligent
- caracteristici inteligente (de exemplu, programabile, protocol de date, control de la distanță)
- ușor și sigur de operat
- întreținere redusă
- CIP (curățare pe loc)
Tabelul de mai jos vă oferă o indicație a capacității aproximative de procesare a ultrasonicators noastre:
| Volumul lotului | Debitul | Dispozitive recomandate |
|---|---|---|
| 00,5 până la 1,5 ml | n.a. | VialTweeter |
| 1 până la 500 ml | 10 până la 200 ml/min | UP100H |
| 10 până la 2000 ml | 20 până la 400 ml / min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 până la 20L | 00.2 până la 4L / min | UIP2000hdT |
| 10 până la 100L | 2 până la 10L / min | UIP4000hdT |
| 15 până la 150L | 3 până la 15L / min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 până la 100L / min | UIP16000hdT |
| n.a. | mai mare | grup de UIP16000hdT |
Sistem de emulsionare cu ultrasunete pentru producția industrială de margarină
Literatură / Referințe
- 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.
Întrebări frecvente
Ce este ceara?
Ceara este o clasă de materiale organice, hidrofobe, compuse în principal din hidrocarburi cu lanț lung, esteri, acizi grași și alcooli. Acestea sunt solide la temperatura camerei, au puncte de topire relativ scăzute și prezintă un comportament de înmuiere la încălzire.
Care sunt diferitele tipuri de ceară?
Diferitele tipuri de ceară includ ceară naturală, cum ar fi ceara de albine, carnauba și candelilla, ceară minerală derivată din petrol sau lignit, cum ar fi parafina, ceara microcristalină și ceara de munte, și ceară sintetică, cum ar fi ceara de polietilenă, Fischer-Tropsch și ceara amidică.
Pentru ce sunt utilizate cerurile?
Cerurile sunt utilizate pe scară largă în toate industriile. Acestea asigură protecția suprafețelor în acoperiri și lustruiri, acționează ca agenți de structurare și legare în produse cosmetice și farmaceutice, servesc ca agenți de eliberare și acoperiri de protecție în industria alimentară și funcționează ca lubrifianți, adezivi și materiale cu schimb de fază pentru stocarea energiei în aplicații tehnice.
Care este polaritatea diferitelor tipuri de ceară?
Polaritatea cerii variază în funcție de compoziția sa chimică. Parafina și ceara de polietilenă sunt în mare parte nepolare, ceara de albine și ceara de carnauba prezintă o polaritate slabă datorită esterilor și acizilor grași liberi, iar montanul sau anumite ceară sintetice prezintă o polaritate moderată datorită funcționalităților carboxilice și amidice.
Hielscher Ultrasonics produce omogenizatoare cu ultrasunete de înaltă performanță de la Laborator spre dimensiunea industrială.