Dispersii de nanoparticule în ceară – realizați formulări stabile!
Dispersarea nanoparticulelor în matrici de ceară este o aplicație importantă, dar dificilă, în domeniul acoperirilor, cosmeticelor, produselor farmaceutice și materialelor cu schimbare de fază. Având în vedere vâscozitatea intrinsecă a cerurilor topite, hidrofobicitatea acestora și tendința nanoparticulelor de a se aglomera din cauza energiilor de suprafață ridicate, prepararea dispersiilor de nanoparticule în ceară necesită know-how. Sonicatoarele Hielscher oferă puterea de dispersare, controlabilitatea precisă și scalabilitatea necesare pentru producerea de dispersii stabile de nanoparticule în ceară, atât în producția la scară de masă de laborator, cât și în cea industrială.
Provocări în dispersarea nanoparticulelor în ceară
Nanoparticulele – fie ele metalice, ceramice sau pe bază de carbon – formează cu ușurință agregate din cauza 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, mai ales atunci când nanoparticulele au un diametru sub 100 nm sau când sunt necesare încărcări mari. O dispersie omogenă necesită un aport de energie capabil să descompună aglomeratele la scară nanometrică, umectând simultan suprafața particulelor cu mediul de ceară.
Sonicatoarele cu sondă Hielscher produc nanoemulsii stabile de ceară de parafină.
Mecanismul nanodispersării cu ultrasunete
Eficacitatea semnificativă a dispersării cu ultrasunete constă în mecanismul unic de acțiune al cavitației acustice. Sonicatoarele cu sondă generează forțe cavitaționale intense atunci când undele ultrasonice de intensitate ridicată și frecvență joasă se propagă printr-un lichid, de exemplu ceara topită. Implozia bulelor în timpul cavitației produce puncte fierbinți localizate cu gradienți de forfecare extremi, unde de șoc și microjeturi. Aceste forțe tranzitorii înving adeziunea dintre particule și dezaglomerează eficient clusterele de nanoparticule.
În plus, sonicarea îmbunătățește umectarea suprafețelor nanoparticulelor de către ceara topită. Implozia repetată a bulelor de cavitație reduce tensiunea interfacială, permițând moleculelor de ceară să pătrundă între particule și să le stabilizeze steric.
Aplicații ale nanodispersiilor de ceară preparate cu ultrasunete
Capacitatea de a dispersa omogen nanoparticulele în ceară deschide calea către numeroase aplicații:
- Acoperiri și produse de lustruire: Adăugarea de nanoparticule de silice sau alumină îmbunătățește duritatea, rezistența la zgâriere 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.
- Administrarea medicamentelor: Nanoparticulele lipofile încorporate în ceară acționează ca rezervoare cu eliberare lentă în formulări topice sau orale.
Dispersoare cu ultrasunete pentru formulări de ceară cu nanoparticule
Dispersarea cu ultrasunete folosind sonicatoarele cu sondă de înaltă performanță Hielscher este o tehnică robustă și scalabilă pentru producerea de nanodispersii stabile de ceară.
Sistemele ultrasonice cu sondă Hielscher sunt utilizate pe scară largă pentru procesarea nanoparticulelor datorită capacității lor ridicate de procesare, controlului precis al parametrilor și scalabilității liniare. Indiferent dacă trebuie să preparați dispersii ceară-nanoparticule în regim discontinuu (batch) sau în producție continuă inline, Hielscher Ultrasonics vă oferă configurația ideală de sonicare: omogenizatoarele cu ultrasunete de laborator sunt instrumentul perfect pentru cercetare și dezvoltarea de produse, în timp ce celulele de flux ultrasonice industriale permit producerea de nanodispersii stabile de ceară care îndeplinesc cele mai înalte standarde de calitate.
Construite conform celor mai înalte standarde de calitate, sonicatoarele Hielscher îmbină robustețea, ușurința în utilizare și integrarea facilă în procesele industriale. Concepute pentru a rezista în medii solicitante, acestea dispun de tehnologie de ultimă generație, sunt certificate ISO și respectă cerințele CE, UL, CSA și RoHS.
- eficiență ridicată
- tehnologie de ultimă generație
- fiabilitate și robustețe
- control al procesului reglabil și precis
- în regim batch și inline
- pentru orice volum
- software inteligent
- funcții inteligente (de ex. programare, protocolarea datelor, control de la distanță)
- operare ușoară și sigură
- întreținere redusă
- CIP (curățare la fața locului)
Tabelul de mai jos vă oferă o indicație privind capacitatea aproximativă de procesare a sonicatoarelor noastre:
| Volumul lotului | Debit | Dispozitive recomandate |
|---|---|---|
| 0,5 până la 1,5mL | n.a. | VialTweeter |
| 1 până la 500mL | 10 până la 200mL/min | UP100H |
| 10 până la 2000mL | 20 până la 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 până la 20L | 0,2 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 | cluster 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 ceruri naturale precum ceara de albine, ceara carnauba și ceara candelilla, ceruri minerale derivate din petrol sau lignit precum ceara de parafină, ceara microcristalină și ceara montan, precum și ceruri sintetice precum ceara de polietilenă, ceara Fischer–Tropsch și cerurile amidice.
La ce se folosesc cerurile?
Cerurile sunt utilizate pe scară largă în diverse industrii. Acestea asigură protecția suprafețelor în acoperiri și produse de lustruire, acționează ca agenți de structurare și liere în cosmetice și produse farmaceutice, servesc ca agenți de demulare și acoperiri protectoare în industria alimentară și funcționează ca lubrifianți, adezivi și materiale cu schimbare de fază pentru stocarea energiei în aplicațiile tehnice.
Care este polaritatea diferitelor ceruri?
Polaritatea cerurilor variază în funcție de compoziția lor chimică. Cerurile de parafină și de polietilenă sunt în mare parte nepolare, ceara de albine și ceara carnauba prezintă o polaritate slabă datorită esterilor și acizilor grași liberi, iar ceara montan sau anumite ceruri sintetice prezintă o polaritate moderată din cauza grupărilor funcționale carboxilice și amidice.
Hielscher Ultrasonics produce omogenizatoare cu ultrasunete de înaltă performanță de la dimensiuni de laborator până la dimensiuni industriale.