Disperzie nanočastíc vo vosku – vytvárajte stabilné formulácie!
Dispergovanie nanočastíc do voskových matríc je dôležitou, no náročnou aplikáciou v oblasti povlakov, kozmetiky, farmaceutických prípravkov a materiálov s fázovou zmenou. Vzhľadom na vlastnú viskozitu roztavených voskov, ich hydrofóbnosť a tendenciu nanočastíc aglomerovať v dôsledku vysokých povrchových energií si príprava disperzie nanočastíc vo vosku vyžaduje odborné znalosti. Sonikátory Hielscher poskytujú dispergačný výkon, presnú regulovateľnosť a škálovateľnosť na výrobu stabilných disperzií nanočastíc vo vosku v stolových zariadeniach aj v priemyselnej výrobe.
Výzvy pri dispergovaní nanočastíc do vosku
Nanočastice – či už kovové, keramické alebo na báze uhlíka – ľahko tvoria agregáty v dôsledku silných van der Waalsových interakcií. Vo vosku tieto interakcie zosilňuje neprítomnosť polárnych rozpúšťadiel alebo stabilizátorov. Mechanické miešanie alebo rotorovo-statorové homogenizátory sa často ukazujú ako nedostatočné, najmä ak majú nanočastice priemer menší ako 100 nm alebo ak sa vyžaduje vysoký obsah nanočastíc. Homogénna disperzia vyžaduje prívod energie schopnej rozrušiť aglomeráty na nanometrovej úrovni a zároveň zmáčať povrch častíc voskovým médiom.
Sondové sonikátory Hielscher vytvárajú stabilné nanoemulzie parafínového vosku.
Mechanizmus ultrazvukového nanodispergovania
Výrazná účinnosť ultrazvukového dispergovania spočíva v jedinečnom mechanizme pôsobenia akustickej kavitácie. Sondové sonikátory vytvárajú intenzívne kavitačné sily pri šírení vysokointenzívnych nízkofrekvenčných ultrazvukových vĺn kvapalinou, napr. roztaveným voskom. Kolaps bublín počas kavitácie vytvára lokalizované horúce miesta s extrémnymi šmykovými gradientmi, rázové vlny a mikroprúdy. Tieto prechodné sily prekonávajú adhéziu medzi časticami a účinne deaglomerujú zhluky nanočastíc.
Ultrazvukové spracovanie navyše zlepšuje zmáčanie povrchov nanočastíc voskovou taveninou. Opakovaný kolaps kavitačných bublín znižuje medzifázové napätie, čím umožňuje molekulám vosku prenikať medzi častice a stéricky ich stabilizovať.
Použitie voskových nanodisperzií pripravených ultrazvukom
Možnosť homogénne dispergovať nanočastice vo vosku otvára cestu k rozmanitým aplikáciám:
- Povlaky a leštidlá: Pridanie nanočastíc oxidu kremičitého alebo oxidu hlinitého zvyšuje tvrdosť, odolnosť proti poškriabaniu a lesk.
- Kozmetické formulácie: Nanočastice oxidu titaničitého alebo oxidu zinočnatého poskytujú ochranu pred UV žiarením pri zachovaní priehľadnosti.
- Materiály s fázovou zmenou (PCM): Grafén, uhlíkové nanorúrky alebo oxidy kovov zvyšujú tepelnú vodivosť, čím zlepšujú účinnosť akumulácie tepla v energetických systémoch.
- Podávanie liečiv: Lipofilné nanočastice zabudované vo vosku slúžia ako zásobníky s pomalým uvoľňovaním v topických alebo perorálnych formuláciách.
Ultrazvukové dispergátory pre formulácie vosku s nanočasticami
Ultrazvukové dispergovanie pomocou vysokovýkonných sondových sonikátorov Hielscher je robustná a škálovateľná technika výroby stabilných voskových nanodisperzií.
Sondové ultrazvukové systémy Hielscher sa široko používajú na spracovanie nanočastíc vďaka svojej vysokej spracovateľskej kapacite, presnému riadeniu parametrov a lineárnej škálovateľnosti. Či už potrebujete pripravovať disperzie nanočastíc vo vosku v dávkach alebo v kontinuálnej inline výrobe, Hielscher Ultrasonics ponúka ideálnu zostavu na sonikáciu: ultrazvukové laboratórne homogenizátory sú dokonalým nástrojom na výskum a vývoj produktov, zatiaľ čo priemyselné ultrazvukové prietokové cely umožňujú výrobu stabilných voskových nanodisperzií spĺňajúcich najvyššie štandardy kvality.
Ultrazvukové prístroje Hielscher, vyrobené podľa najvyšších štandardov kvality, spájajú robustnosť, jednoduché používanie a jednoduchú integráciu do priemyselných procesov. Sú navrhnuté tak, aby odolávali náročným podmienkam, využívajú najmodernejšiu technológiu, majú certifikáciu ISO a spĺňajú požiadavky CE, UL, CSA a RoHS.
- vysoká účinnosť
- najmodernejšia technológia
- spoľahlivosť a robustnosť
- nastaviteľné, presné riadenie procesu
- dávkové aj inline spracovanie
- pre akýkoľvek objem
- inteligentný softvér
- inteligentné funkcie (napr. programovateľnosť, zaznamenávanie údajov, diaľkové ovládanie)
- jednoduchá a bezpečná obsluha
- nenáročná údržba
- CIP (čistenie na mieste)
Nasledujúca tabuľka poskytuje predstavu o približnej spracovateľskej kapacite našich ultrazvukových prístrojov:
| Objem dávky | Prietok | Odporúčané zariadenia |
|---|---|---|
| 0,5 až 1,5mL | n.a. | VialTweeter |
| 1 až 500mL | 10 až 200mL/min | UP100H |
| 10 až 2000mL | 20 až 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 až 20L | 0,2 až 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 až 100L | 2 až 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 až 150L | 3 až 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 až 100L/min | UIP16000hdT |
| n.a. | vyšší | zostava zariadení UIP16000hdT |
Ultrazvukový emulgačný systém na priemyselnú výrobu margarínu
Literatúra / Referencie
- 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.
Často kladené otázky
Čo je vosk?
Vosky predstavujú triedu organických hydrofóbnych materiálov zložených najmä z uhľovodíkov s dlhým reťazcom, esterov, mastných kyselín a alkoholov. Pri izbovej teplote sú tuhé, majú relatívne nízke teploty topenia a pri zahrievaní mäknú.
Aké sú rôzne druhy voskov?
Medzi rôzne druhy voskov patria prírodné vosky, ako sú včelí, karnaubský a kandelilový vosk, minerálne vosky získavané z ropy alebo lignitu, ako sú parafínový, mikrokryštalický a montánny vosk, a syntetické vosky, ako sú polyetylénové, Fischerove–Tropschove a amidové vosky.
Na čo sa vosky používajú?
Vosky sa široko používajú v rôznych priemyselných odvetviach. Poskytujú ochranu povrchu v povlakoch a leštidlách, pôsobia ako štruktúrotvorné a spojivové látky v kozmetike a farmaceutických prípravkoch, slúžia ako separačné prostriedky a ochranné povlaky v potravinárskom priemysle a v technických aplikáciách fungujú ako mazivá, lepidlá a materiály s fázovou zmenou na akumuláciu energie.
Aká je polarita rôznych voskov?
Polarita voskov sa líši v závislosti od ich chemického zloženia. Parafínové a polyetylénové vosky sú prevažne nepolárne, včelí a karnaubský vosk vykazujú slabú polaritu v dôsledku prítomnosti esterov a voľných mastných kyselín a montánny vosk alebo niektoré syntetické vosky vykazujú strednú polaritu vďaka karboxylovým a amidovým funkčným skupinám.
Hielscher Ultrasonics vyrába vysokovýkonné ultrazvukové homogenizátory od laboratórnych až po priemyselné veľkosti.