Emulsii de ceară cu ultrasunete de putere
Atunci când ceara este dispersată sub formă de nanopicături cu o distribuție foarte omogenă, se obține o emulsie de ceară stabilă. Omogenizatoarele cu ultrasunete generează forțe de forfecare ridicate și sunt sisteme fiabile și robuste pentru producerea de nanoemulsii de ceară stabile. Omogenizatoarele cu forfecare ridicată de la Hielscher Ultrasonics oferă emulsii superioare pentru diverse industrii.
Emulsii de ceară cu ultrasunete
Forțele de forfecare ridicate generate cu ultrasunete furnizează energia necesară pentru producerea de emulsii de ceară de dimensiuni nanometrice, de ex. nanoemulsii stabile de ceară de parafină.
Emulsiile și dispersiile submicronice și nanometrice pot fi formulate folosind o combinație de diverse ceruri, pentru a obține un produs superior cu funcționalități foarte ridicate (de ex. lubrifiere, rezistență la apă, rezistență la zgâriere etc.).
Forțele de forfecare ridicate ale omogenizatoarelor cu ultrasunete permit producerea de formulări de ceară stabile, gata de utilizare, cu particule aflate în echilibru. Emulsificarea cu ultrasunete are ca rezultat particule de dimensiuni nanometrice și o distribuție uniformă.
Sistem industrial cu ultrasunete în flux continuu pentru producția de emulsii de ceară.
- dimensiuni foarte mici ale picăturilor, sub 100nm
- emulsii stabile
- durată de valabilitate extinsă (stabilitate mecanică)
- eficacitate mai mare
- control precis al procesului
Nanoemulsie de ceară de parafină cu ultrasunete
Cum se prepară o emulsie stabilă de ceară de parafină
Emulsia de ceară de dimensiuni nanometrice este formulată din ceară de parafină topită (ca fază uleioasă), apă distilată și SDS anionic ca surfactant. Pentru a forma un preamestec grosier, ceara, apa și surfactantul sunt omogenizate cu ajutorul unui agitator magnetic la 1000 rpm. În acest scop, surfactantul (concentrație 10 mg/ml de emulsie) și apa sunt amestecate într-un pahar Berzelius și încălzite la aprox. 65–70ºC. Apoi, ceara de parafină este adăugată picătură cu picătură, menținând o fracție volumică a fazei uleioase de 0,2, sub agitare magnetică.
După adăugarea completă a cerii de parafină, emulsia preamestecată grosier este sonicată cu un omogenizator cu ultrasunete de masă UIP1000hdT (1000W, 20kHz) timp de aprox. 15 min. Procesul de emulsificare cu ultrasunete are ca rezultat o nanoemulsie de ceară cu o stabilitate foarte ridicată.
Aflați mai multe despre emulsia de ceară de parafină obținută prin sonicare!
Nanoemulsii preparate cu ultrasunete folosind Hielscher UP400St
Surfactanți
Emulsiile de ceară pot fi stabilizate fie printr-un mecanism steric (folosind emulgatori neionici), fie printr-un mecanism electrostatic (folosind emulgatori ionici, cel mai adesea anionici). Combinarea emulgatorilor anionici și neionici conferă emulsiei stabilitatea optimă, deoarece particulele de ceară sunt protejate prin ambele mecanisme de stabilizare. Acesta este denumit mecanismul de stabilizare electrosterică.
Pentru emulsificarea cerurilor pot fi utilizați diverși emulgatori sau surfactanți, care pot fi anionici, cationici sau neionici. Cei mai frecvent utilizați surfactanți sunt etoxilații de alcooli grași, ca surfactanți neionici, deoarece oferă o stabilitate extraordinară față de apa dură, șocurile de pH și electroliți. Pentru alte caracteristici specifice ale materialului se folosesc diverși alți surfactanți, de ex. surfactanți anionici pentru o hidrofobicitate mai bună sau surfactanți cationici pentru o aderență mai bună.
Notă: Cu cât picăturile sunt mai mici, cu atât este necesar mai mult surfactant pentru a acoperi suprafața picăturilor, deoarece raportul V/S al sferelor este următorul: S/V = 3/R. Pentru orice creștere, x*l sau x*r, a lungimii sau a razei, creșterea suprafeței este x la pătrat (x2) și creșterea volumului este x la cub (x3).
Formularea cu emulsii și dispersii de ceară
Omogenizatoarele cu ultrasunete nu sunt utilizate doar pentru formarea emulsiilor / dispersiilor de ceară – ele sunt folosite și pentru procesarea emulsiilor de ceară în etapele ulterioare, pentru a încorpora emulsia ca aditiv în produsul final (de ex. acoperiri, lacuri, vopsele, cosmetice etc.).
Omogenizatoare cu ultrasunete pentru regim intensiv, destinate emulsiilor de ceară stabile
Hielscher Ultrasonics este un furnizor renumit la nivel mondial de omogenizatoare cu ultrasunete de mare putere. Ultrasonicatoarele noastre pot fi găsite în întreaga lume ca „cai de povară” fiabili și robuști în industria chimică, farmaceutică, cosmetică și alimentară. Ultrasonicatoarele Hielscher de calitate industrială sunt capabile să furnizeze continuu amplitudini foarte mari, de până la 200µm (și mai mari, la cerere), pentru a genera o cavitație intensă și o forfecare ridicată. Ca rezultat, se obțin nanoemulsii și dispersii ultrafine cu distribuții foarte înguste ale particulelor. Sistemele noastre cu ultrasunete de mare putere vă ajută să obțineți o calitate superioară a formulărilor dumneavoastră de ceară.
Robustețea sonicatoarelor Hielscher permite funcționarea 24/7 în regim intensiv și în medii solicitante.
Sonicator cu sondă UP400St pentru prepararea emulsiilor de ceară stabile.
| Volumul lotului | Debit | Dispozitive recomandate |
|---|---|---|
| 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 |
Contactați-ne! / Întrebați-ne!
Omogenizator cu ultrasunete puternic de 1,5kW UIP15000hdT cu celulă de flux pentru emulsificare în linie.
Literatură / Referințe
- 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.
Informații utile
Ce este ceara? La ce se folosesc cerurile?
Cerurile sunt definite ca o clasă diversă de compuși organici care sunt solide hidrofobe și maleabile la temperaturi apropiate de cea ambiantă. Cerurile sunt alcătuite din diverse componente, inclusiv hidrocarburi (alcani și alchene, normali sau ramificați), cetone, dicetone, alcooli primari și secundari, aldehide, esteri ai sterolilor, acizi alcanoici, terpene (scualen) și monoesteri (esteri ai cerurilor). Compoziția chimică a cerurilor este complexă și variabilă, dar, în general, cerurile conțin o proporție relativ ridicată de alcani, iar hidrocarburile au lanțuri de carbon lungi sau foarte lungi (de la 12 până la aproximativ 38 de atomi de carbon). Ele sunt solide într-un interval larg de temperatură (punct de topire între 60°C și 100°C). Când sunt topite, se transformă într-un lichid cu vâscozitate scăzută.
Se caracterizează prin insolubilitatea în apă, dar solubilitatea în solvenți organici nepolari. Cerurile pot fi împărțite în ceruri naturale (de origine vegetală, animală), semisintetice și sintetice.
Pentru producția comercială de ceruri, țițeiul este principala sursă.
Cele mai importante două tipuri de ceruri petroliere sunt cerurile de parafină și cele microcristaline:
Cerurile de parafină prezintă în cea mai mare parte o consistență solidă, ceroasă, albă, inodoră și insipidă, cu un punct de topire tipic între 46°C și 68°C (115°F și 154°F) și o densitate de aprox. 900 kg/m3. Au o structură macrocristalină și sunt insolubile în apă, dar solubile în eter, benzen și anumiți esteri. Cerurile de parafină sunt derivate din țiței și conțin între 20 și 40 de atomi de carbon.
Ceara microcristalină, cunoscută și sub numele de petrolatum, este utilizată pentru numeroase aplicații datorită mirosului, culorii, conținutului de ulei, consistenței și proprietății de legare a uleiului.
Cerurile de α-olefine sunt obținute sintetic fie din etilenă prin sinteza Fischer-Tropsch cu un catalizator Ziegler-Natta, fie prin oligomerizarea etilenei. Cerurile de alfa-olefine sunt utilizate cel mai frecvent în aditivi pentru uleiuri lubrifiante, lubrifianți pentru PVC, lumânări, substanțe chimice pentru forajul petrolier și cosmetice.
Ceara de polietilenă (PE-WAX) este o polietilenă cu masă moleculară ultrascăzută (ULMWPE), alcătuită din lanțuri de monomer de etilenă. Ceara de polipropilenă (PP-WAX) este o rășină sintetică, cristalină, cu masă moleculară scăzută.
Atât cerurile de polietilenă, cât și cele de polipropilenă sunt homopolimeri și sunt utilizate în principal pentru formularea coloranților pentru materiale plastice.
Cerurile copolimerice precum derivații de etilen-vinil acetat (EVA) și etilen-acid acrilic (EAA) sunt larg răspândite în formulările de acoperiri, de ex. straturi de bază metalizate.
Cerurile și aditivii de ceară sunt utilizați pe scară largă pentru a conferi unui produs lubrifiere/alunecare, proprietăți reologice, rezistență la abraziune, efect antiblocare/de barieră, luciu sau matifiere, rezistență la oxidare și/sau efect hidrofug.
Cerurile sunt o componentă larg utilizată în multe industrii, cum ar fi producția de substanțe chimice (de ex. chimie fină și de specialitate), acoperiri, vopsele și cerneluri, aditivi și modificatori, adezivi, materiale plastice și PVC, anvelope și cauciucuri, construcții și clădiri, dispozitive de control termostatic, ambalaje, alimente și cosmetice.
Ceruri naturale:
- Ceruri animale: ceară de albine, lanolină, seu, șelac, spermanțet
- Ceruri vegetale: carnauba, candelilla, soia, ricin, tărâțe de orez, mirt de ceară, jojoba etc.
Ceruri minerale:
- Ceruri fosile: ceresină, ceară montan, ozocherită, ceară de turbă
- Ceruri petroliere: parafină, ceruri microcristaline, de ex. petrolatum
Ceruri sintetizate:
Ceruri sintetice: polimeri etilenici, de ex. polietilenă și eter-esteri de polioli; ceruri poliolefinice; ceruri de amide ale acizilor grași; naftaline clorurate; de tip hidrocarbură, de ex. Fischer-Tropsch.
Ce este o emulsie de ceară?
O emulsie de ceară / dispersie de ceară este un amestec stabil al uneia sau mai multor ceruri în apă. Deoarece cerurile și lichidele apoase sunt în mod normal nemiscibile, sunt necesari surfactanți și un proces de amestecare sofisticat, de ex. ultrasunete de putere, pentru a forma o emulsie de ceară stabilă. În termeni corecți, o emulsie de ceară trebuie numită dispersie de ceară, deoarece cerurile sunt solide la temperatura camerei. Dar, întrucât emulsiile / dispersiile de ceară sunt preparate cu ceruri topite, termenii „emulsificare” și „emulsie de ceară” sunt cel mai frecvent utilizați pentru formulările apoase de ceară, în timp ce termenul „dispersie de ceară” descrie în mare parte o formulare de ceară pe bază de solvent.
Ce este o emulsie
O emulsie este o dispersie lichid în lichid a două sau mai multe lichide nemiscibile.
O emulsie poate apărea în diverse tipuri: w/o, o/w, w/o/w, o/w/o
Tipul emulsiei (w/o sau o/w) poate fi examinat printr-un test de diluare. Emulsia poate fi diluată numai cu faza continuă / externă. O altă metodă de identificare a tipului de emulsie este testul de conductivitate. Emulsiile ionice o/w nu conduc, în timp ce emulsiile o/w conduc curentul electric.
Pentru utilizarea testului cu CoCl2 pe hârtie de filtru, o hârtie de filtru este impregnată cu CoCl2 și uscată (culoare albastră). Culoarea hârtiei de filtru cu CoCl2 devine roz atunci când se adaugă o emulsie o/w.
Hielscher Ultrasonics produce omogenizatoare cu ultrasunete de înaltă performanță, de la scară de laborator până la scară industrială.