Восковые эмульсии с помощью мощного ультразвука
При диспергировании воска в виде нанокапель с очень однородным распределением получают стабильную восковую эмульсию. Ультразвуковые гомогенизаторы создают высокие сдвиговые усилия и представляют собой надёжные и прочные системы для получения стабильных восковых наноэмульсий. Гомогенизаторы Hielscher Ultrasonics с высокими сдвиговыми усилиями обеспечивают получение эмульсий превосходного качества для различных отраслей промышленности.
Ультразвуковые восковые эмульсии
Высокие сдвиговые усилия, создаваемые ультразвуком, обеспечивают энергию, необходимую для получения восковых эмульсий с наноразмерными каплями, например стабильных парафиновых наноэмульсий.
Субмикронные и наноразмерные эмульсии и дисперсии можно создавать, комбинируя различные воски, чтобы получить превосходный продукт с очень высокими функциональными характеристиками (например, смазывающей способностью, водостойкостью, устойчивостью к царапинам и т. д.).
Высокие сдвиговые усилия ультразвуковых гомогенизаторов позволяют получать стабильные, готовые к применению восковые составы с частицами в состоянии равновесия. Ультразвуковое эмульгирование обеспечивает получение наноразмерных частиц и их равномерное распределение.
Промышленная ультразвуковая проточная система для производства восковых эмульсий.
- очень малый размер капель – менее 100nm
- стабильные эмульсии
- увеличенный срок хранения (механическая стабильность)
- более высокая эффективность
- точное управление процессом
Ультразвуковая парафиновая наноэмульсия
Как приготовить стабильную парафиновую эмульсию
Восковую эмульсию с наноразмерными каплями готовят из расплавленного парафина (в качестве масляной фазы), дистиллированной воды и анионного SDS в качестве поверхностно-активного вещества. Для получения грубой предварительной смеси воск, воду и поверхностно-активное вещество гомогенизируют с помощью магнитной мешалки при 1000 rpm. Для этого поверхностно-активное вещество (концентрация 10 mg/ml эмульсии) и воду смешивают в химическом стакане и нагревают примерно до 65–70ºC. Затем при перемешивании магнитной мешалкой по каплям добавляют парафин, поддерживая объёмную долю масляной фазы 0,2.
После полного добавления парафина грубо перемешанную предварительную эмульсию обрабатывают ультразвуком с помощью настольного ультразвукового гомогенизатора UIP1000hdT (1000W, 20kHz) в течение примерно 15 min. В результате ультразвукового эмульгирования получают восковую наноэмульсию с очень высокой стабильностью.
Узнайте больше о получении парафиновой эмульсии с помощью обработки ультразвуком!
Ультразвуковые наноэмульсии, приготовленные с помощью Hielscher UP400St
Поверхностно-активные вещества
Восковые эмульсии можно стабилизировать либо по стерическому механизму (с использованием неионогенных эмульгаторов), либо по электростатическому механизму (с использованием ионных эмульгаторов, чаще всего анионных). Сочетание анионных и неионогенных эмульгаторов обеспечивает оптимальную стабильность эмульсии, поскольку частицы воска защищены благодаря обоим механизмам стабилизации. Это называют электростерическим механизмом стабилизации.
Для эмульгирования восков можно использовать различные эмульгаторы или поверхностно-активные вещества, которые могут быть анионными, катионными или неионогенными. Наиболее часто в качестве неионогенных поверхностно-активных веществ используют этоксилаты жирных спиртов, поскольку они обеспечивают исключительно высокую устойчивость к жёсткой воде, резким изменениям pH и электролитам. Для получения других специфических характеристик материала используют различные другие вещества, например анионные поверхностно-активные вещества для повышения гидрофобности или катионные поверхностно-активные вещества для улучшения адгезии.
Примечание: чем меньше капли, тем больше поверхностно-активного вещества требуется для покрытия их поверхности, поскольку отношение V/S для сфер выражается следующим образом: S/V = 3/R. При любом увеличении длины или радиуса до x*l или x*r площадь поверхности увеличивается в x в квадрате раз (x2), а объём – в x в кубе раз (x3).
Разработка составов с восковыми эмульсиями и дисперсиями
Ультразвуковые гомогенизаторы используют не только для получения восковых эмульсий / дисперсий – их применяют для обработки восковых эмульсий на последующих этапах, чтобы включить эмульсию в качестве добавки в конечный продукт (например, покрытия, лаки, краски, косметические средства и т. д.).
Ультразвуковые гомогенизаторы для тяжёлых условий эксплуатации и получения стабильных восковых эмульсий
Hielscher Ultrasonics – всемирно известный поставщик ультразвуковых гомогенизаторов высокой мощности. Наши ультразвуковые аппараты используются по всему миру в качестве надёжных и прочных «рабочих лошадок» в химической, фармацевтической, косметической и пищевой промышленности. Ультразвуковые аппараты Hielscher промышленного класса способны непрерывно обеспечивать очень высокие амплитуды до 200µm (и выше по запросу) для создания интенсивной кавитации и высоких сдвиговых усилий. В результате получают сверхтонкие наноэмульсии и дисперсии с очень узким распределением частиц по размерам. Наши ультразвуковые системы высокой мощности помогают получать восковые составы превосходного качества.
Прочность ультразвуковых аппаратов Hielscher позволяет эксплуатировать их в режиме 24/7 при высоких нагрузках и в сложных условиях.
Ультразвуковой аппарат зондового типа UP400St для приготовления стабильных восковых эмульсий.
| Объём партии | Расход | Рекомендуемые аппараты |
|---|---|---|
| 1–500mL | 10–200mL/min | UP100H |
| 10–2000mL | 20–400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1–20L | 0,2–4L/min | UIP2000hdT |
| 10–100L | 2–10L/min | UIP4000hdT |
| 15–150L | 3–15L/min | UIP6000hdT |
| не применимо | 10–100L/min | UIP16000hdT |
| не применимо | выше | кластер из UIP16000hdT |
Свяжитесь с нами! / Задайте нам вопрос!
Мощный ультразвуковой гомогенизатор UIP15000hdT мощностью 1,5kW с проточной ячейкой для эмульгирования в потоке.
Литература / Ссылки
- 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.
Полезные сведения
Что такое воск? Для чего используют воски?
Воски определяют как разнообразный класс органических соединений, представляющих собой гидрофобные, пластичные твёрдые вещества при температурах, близких к температуре окружающей среды. Воски состоят из различных компонентов, включая углеводороды (нормальные или разветвлённые алканы и алкены), кетоны, дикетоны, первичные и вторичные спирты, альдегиды, сложные эфиры стеролов, алкановые кислоты, терпены (сквален) и моноэфиры (восковые эфиры). Химический состав восков сложен и варьируется, но в целом воски содержат относительно высокую долю алканов, а углеводороды имеют длинные или очень длинные углеродные цепи (от 12 до примерно 38 атомов углерода). Они находятся в твёрдом состоянии в широком диапазоне температур (температура плавления от 60°C до 100°C). При плавлении они превращаются в жидкость с низкой вязкостью.
Они характеризуются нерастворимостью в воде, но растворимостью в органических неполярных растворителях. Воски подразделяют на природные (растительного и животного происхождения), полусинтетические и синтетические.
Основным источником для промышленного производства восков служит сырая нефть.
Два наиболее важных типа нефтяных восков – парафиновые и микрокристаллические воски:
Парафиновые воски преимущественно представляют собой белые твёрдые вещества воскообразной консистенции без запаха и вкуса, с типичной температурой плавления от 46°C до 68°C (от 115°F до 154°F) и плотностью примерно 900 kg/m3. Они имеют макрокристаллическую структуру и нерастворимы в воде, но растворимы в эфире, бензоле и некоторых сложных эфирах. Парафиновые воски получают из сырой нефти, и они содержат от 20 до 40 атомов углерода.
Микрокристаллический воск, также известный как петролатум, используется для разнообразных применений благодаря своему запаху, цвету, содержанию масла, консистенции и способности связывать масло.
α-олефиновые воски получают синтетически из этилена либо путём синтеза Фишера–Тропша с катализатором Циглера–Натта, либо путём олигомеризации этилена. Альфа-олефиновые воски наиболее часто используют в добавках к смазочным маслам, смазках для ПВХ, свечах, химических реагентах для бурения нефтяных скважин и косметических средствах.
Полиэтиленовый воск (PE-WAX) представляет собой полиэтилен со сверхнизкой молекулярной массой (ULMWPE), состоящий из цепей мономерных звеньев этилена. Полипропиленовый воск (PP-WAX) представляет собой синтетическую кристаллическую низкомолекулярную смолу.
Как полиэтиленовые, так и полипропиленовые воски являются гомополимерами и в основном используются для приготовления составов красителей для пластмасс.
Сополимерные воски , такие как производные сополимеров этилена с винилацетатом (EVA) и этилена с акриловой кислотой (EAA), широко используются в составах покрытий, например базовых покрытий с эффектом металлик.
Воски и восковые добавки широко используют для придания продукту смазывающих свойств / скольжения, реологических свойств, стойкости к истиранию, свойств предотвращения слипания / барьерных свойств, блеска или матовости, стойкости к окислению и/или водоотталкивающих свойств.
Воски широко используются в качестве компонента во многих отраслях, например при производстве химических веществ (в том числе продуктов тонкой и специальной химии), покрытий, красок и чернил, добавок и модификаторов, клеёв, пластмасс и ПВХ, шин и резин, в строительстве, при производстве устройств термостатического регулирования, упаковки, пищевых продуктов и косметических средств.
Природные воски:
- Животные воски: пчелиный воск, ланолин, животный жир, шеллак, спермацет
- Растительные воски: карнаубский, канделильский, соевый, касторовый, воск рисовых отрубей, восковницы, жожоба и т. д.
Минеральные воски:
- Ископаемые воски: церезин, монтан-воск, озокерит, торфяной воск
- Нефтяные воски: парафин, микрокристаллические воски, например петролатум
Синтезированные воски:
Синтетические воски: этиленовые полимеры, например полиэтилен и простые и сложные эфиры полиолов; полиолефиновые воски; воски на основе амидов жирных кислот; хлорированные нафталины; воски углеводородного типа, например полученные синтезом Фишера–Тропша.
Что такое восковая эмульсия?
Восковая эмульсия / восковая дисперсия представляет собой стабильную смесь одного или нескольких восков в воде. Поскольку воски и водные жидкости обычно не смешиваются, для получения стабильной восковой эмульсии необходимы поверхностно-активные вещества и тщательно организованный процесс смешивания, например с помощью мощного ультразвука. С точки зрения корректной терминологии восковую эмульсию следует называть восковой дисперсией, поскольку при комнатной температуре воски находятся в твёрдом состоянии. Однако, поскольку восковые эмульсии / дисперсии готовят из расплавленных восков, термины «эмульгирование» и «восковая эмульсия» наиболее часто используют для водных восковых составов, тогда как термин «восковая дисперсия» преимущественно описывает восковой состав на основе растворителя.
Что такое эмульсия
Эмульсия представляет собой дисперсию типа «жидкость в жидкости», состоящую из двух или более несмешивающихся жидкостей.
Эмульсии могут быть различных типов: w/o, o/w, w/o/w, o/w/o
Тип эмульсии (w/o или o/w) можно определить с помощью пробы на разбавление. Эмульсию можно разбавлять только непрерывной / внешней фазой. Другой способ определения типа эмульсии – проверка электропроводности. Ионные эмульсии o/w не проводят электрический ток, тогда как эмульсии o/w проводят электрический ток.
Для проведения пробы с фильтровальной бумагой с CoCl2 фильтровальную бумагу пропитывают CoCl2 и высушивают (синий цвет). Цвет фильтровальной бумаги с CoCl2 становится розовым при добавлении эмульсии o/w.
Hielscher Ultrasonics производит высокопроизводительные ультразвуковые гомогенизаторы – от лабораторных до промышленных.