Voskové emulzie s výkonným ultrazvukom
Keď sa vosk rozptýli ako nano kvapôčky s veľmi homogénnym rozložením, získajú sa stabilné voskové emulzie. Ultrazvukové homogenizátory vytvárajú vysoké šmykové sily a sú spoľahlivými a robustnými systémami na výrobu stabilných voskových nanoemulzií. Vysokošmykové homogenizátory Hielscher Ultrasonics dodávajú vynikajúce emulzie pre rôzne priemyselné odvetvia.
Ultrazvukové voskové emulzie
Ultrazvukom generované vysoké šmykové sily dodávajú potrebnú energiu na výrobu voskových emulzií nanoveľkosti, napr. stabilných nanoemulzií parafínového vosku.
Submikrónové a nano emulzie a disperzie je možné formulovať pomocou kombinácie rôznych voskov, aby sa získal vynikajúci produkt s veľmi vysokými funkčnosťami (napr. mazivosť, vodeodolnosť, odolnosť proti poškriabaniu atď.).
Vysoké šmykové sily ultrazvukových homogenizátorov umožňujú vyrábať stabilné voskové formulácie pripravené na použitie s časticami v rovnováhe. Výsledkom ultrazvukovej emulgácie sú nanočastice a rovnomerné rozloženie.
Priemyselný ultrazvukový prietokový systém na výrobu voskových emulzií.
- veľmi malé veľkosti kvapiek s menej ako 100 nm
- stabilné emulzie
- predĺžená trvanlivosť (mechanická stabilita)
- vyššia účinnosť
- presné riadenie procesu
Ultrazvuková nanoemulzia parafínového vosku
Ako pripraviť stabilnú emulziu parafínového vosku
Vosková emulzia nanoveľkosti je formulovaná z roztaveného parafínového vosku (ako olejová fáza), destilovanej vody a aniónového SDS ako povrchovo aktívnej látky. Aby sa vytvorila hrubá predzmes, vosk, voda a povrchovo aktívna látka sa homogenizujú pomocou magnetického miešadla pri 1000 ot./min. Preto sa povrchovo aktívna látka (koncentrácia 10 mg/ml emulzie) a voda zmiešajú v kadičke a heatete na cca. 65–70 °C. Potom sa parafínový vosk pridá po kvapkách udržiavaním objemovej frakcie 0.2 olejovej fázy pri magnetickom miešaní.
Po úplnom pridaní parafínového vosku sa hrubo vopred premiešaná emulzia sonikovaný ultrazvukovým stolným homogenizátorom UIP1000hdT (1000W, 20kHz) po dobu približne 15 min. Výsledkom procesu ultrazvukovej emulgácie je nano voskemulzia s veľmi vysokou stabilitou.
Prečítajte si viac o emulzii parafínového vosku pomocou sonikácie!
Ultrazvukové nanoemulzie pripravené pomocou Hielscher UP400St
povrchovo aktívne látky
Voskové emulzie je možné stabilizovať buď sterickým mechanizmom (pomocou neiónových emulgátorov) alebo elektrostatickým mechanizmom (pomocou iónových emulgátorov, najčastejšie aniónov). Kombinácia aniónových a neiónových emulgátorov poskytuje emulzii optimálnu stabilitu, pretože častice vosku sú chránené oboma stabilizačnými mechanizmami. Toto sa označuje ako elektrostérický stabilizačný mechanizmus.
Na emulgáciu voskov sa môžu použiť rôzne emulgátory alebo povrchovo aktívne látky, ktoré môžu byť aniónové, katiónové alebo neiónové. Najčastejšie používanými povrchovo aktívnymi látkami sú etoxyláty mastných alkoholov ako neiónové povrchovo aktívne látky, pretože ponúkajú mimoriadnu stabilitu proti tvrdej vode, pH-šokom a elektrolytom. Pre ďalšie špecifické vlastnosti materiálu sa používajú rôzne iné, napr. aniónové povrchovo aktívne látky pre lepšiu hydrofóbnosť alebo katiónové povrchovo aktívne látky pre lepšiu priľnavosť.
Poznámka: Čím menšie sú kvapôčky, tým viac povrchovo aktívnej látky je potrebné na pokrytie povrchu kvapiek, pretože pomer V/S guľôčok je nasledovný: S/V = 3/R. Pre akékoľvek zväčšenie dĺžky alebo polomeru x*l alebo x*r je zväčšenie plochy povrchu x na druhú (x2) a zväčšenie objemu x je kubické (x3).
Formulácia s voskovými emulziami a disperziami
Ultrazvukové homogenizátory sa nepoužívajú iba na tvorbu voskových emulzií / disperzií – Používajú sa na spracovanie voskových emulzií v ďalších krokoch na začlenenie emulzie ako prísady do konečného produktu (napr. nátery, laky, farby, kozmetika atď.).
Vysokovýkonné ultrazvukové homogenizátory pre stabilné voskové emulzie
Hielscher Ultrasonics je celosvetovo uznávaný dodávateľ vysokovýkonných ultrazvukových homogenizátorov. Naše ultrazvukové prístroje nájdete na celom svete ako spoľahlivé a robustné “pracovné kone” v chemickom, farmaceutickom, kozmetickom a potravinárskom priemysle. Priemyselné ultrazvukové prístroje Hielscher sú schopné poskytovať nepretržite veľmi vysoké amplitúdy až do 200 μm (a vyššie na požiadanie), aby sa vytvorila intenzívna kavitácia a vysoký šmyk. Vďaka tomu vznikajú ultrajemné nano emulzie a disperzie s veľmi úzkou distribúciou častíc. Naše vysokovýkonné ultrazvukové systémy vám pomôžu získať vynikajúcu kvalitu vašich voskových formulácií.
Robustnosť sonikátorov Hielscher umožňuje prevádzku 24 hodín denne, 7 dní v týždni pri náročných podmienkach a v náročných prostrediach.
Sondový sonikátor UP400St na prípravu stabilných voskových emulzií.
| Objem dávky | Prietok | Odporúčané zariadenia |
|---|---|---|
| 1 až 500 ml | 10 až 200 ml/min | UP100H |
| 10 až 2000 ml | 20 až 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 až 20 l | 00,2 až 4 l/min | UIP2000hdT |
| 10 až 100 l | 2 až 10 l/min | UIP4000hdT |
| 15 až 150 l | 3 až 15 l/min | UIP6000hdT |
| N.A. | 10 až 100 l/min | UIP16000hdT |
| N.A. | väčší | Zhluk UIP16000hdT |
Kontaktujte nás! / Opýtajte sa nás!
Výkonný 1,5kW ultrazvukový homogenizátor UIP15000hdT s prietokovou celou na inline emulgáciu.
Literatúra / Referencie
- 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.
Fakty, ktoré stoja za to vedieť
Čo je vosk? Na čo sa vosky používajú?
Vosky sú definované ako rôznorodá trieda organických zlúčenín, ktoré sú hydrofóbne, kujné pevné látky pri teplote blízkej okoliu. Vosky sa skladajú z rôznych zložiek vrátane uhľovodíkov (normálne alebo rozvetvené alkány a alkény), ketónov, diketónov, primárnych a sekundárnych alkoholov, aldehydov, esterov sterolov, alkanových kyselín, terpénov (skvalén) a monoesterov (voskové estery). Chemické zloženie voskov je zložité a rôzne, ale vo všeobecnosti vosky obsahujú relatívne vysoký podiel alkánov a uhľovodíky majú dlhé alebo veľmi dlhé uhlíkové reťazce (od 12 do asi 38 atómov uhlíka). Sú pevné vo veľkom rozsahu teplôt (bod fúzie medzi 60 °C a 100 °C). Po roztavení sa zmenia na kvapalinu s nízkou viskozitou.
Vyznačujú sa nerozpustnosťou vo vode, ale rozpustnosťou v organických, nepolárnych rozpúšťadlách. Vosky možno rozlíšiť v prírodných (rastlinných, živočíšnych), polosyntetických a syntetických voskoch.
Pre komerčnú výrobu voskov je hlavným zdrojom ropa.
Dva najdôležitejšie typy ropných voskov sú parafín a mikrokryštalické vosky:
Parafínové vosky väčšinou sa vyznačuje bielou voskovou pevnou konzistenciou bez zápachu, chuti bez chuti, s typickou teplotou topenia medzi 46 °C a 68 °C (115 °F a 154 °F) a hustotou cca. 900 kg/m3. Má makrokryštalickú štruktúru a je nerozpustný vo vode, ale rozpustný v éteri, benzéne a určitých esteroch. Parafínové vosky pochádzajú zo surovej ropy a obsahujú 20 až 40 atómov uhlíka.
Mikrokryštalický vosk, tiež známy ako vazelína, sa používa na rôzne aplikácie vďaka svojmu zápachu, farbe, obsahu oleja, konzistencii a vlastnostiam viazania oleja.
α-olefínové vosky sú buď synteticky odvodené od etylénu Fischer-Tropschovou syntézou so Ziegler-Nattovým katalyzátorom alebo oligomerizáciou etylénu. Alfa-olefínové vosky sa najčastejšie používajú v prísadách do mazacích olejov, mazívach z PVC, sviečkach, chemikáliách na vŕtanie oleja a kozmetike.
Polyetylénový vosk (PE-WAX) je polyetylén s ultra nízkou molekulovou hmotnosťou (ULMWPE) pozostávajúci z etylénmonomérnych reťazcov. polypropylénový vosk (PP-WAX) je syntetická, kryštalická nízkomolekulárna živica.
Olyetylénové aj polypropylénové vosky sú homopolyméry a používajú sa hlavne na formuláciu farbív na plasty.
Kopolymérne vosky ako sú deriváty etylénvinylacetátu (EVA) a kyseliny etylénakrylovej (EAA), sú široko rozšírené vo formuláciách náterov, napr. kovových základných náterov.
Vosky a voskové prísady sa široko používajú na prepožičiavanie produktu mazanie/šmyk, reológia, odolnosť proti oderu, antiblokovanie/bariéra, leštenie alebo matovanie, odolnosť proti oxidácii a/alebo vodoodpudivosť.
Vosky sú široko používanou zložkou v mnohých priemyselných odvetviach, napríklad pri výrobe chemikálií (napr. jemných & špeciálna chémia), nátery, farby & Atramenty, prísady & modifikátory, lepidlá, plasty & PVC, pneumatiky & gumy, stavebné & budovy, termostatické ovládacie zariadenia, obaly, potraviny a kozmetiku.
Prírodné vosky:
- Živočíšne vosky: včelí vosk, lanolín, loj, šelak, spermaceti
- Rastlinné vosky: karnauba, kandelilla, sója, ricín, ryžové otruby, bobky, jojoba atď.
Minerálne vosky:
- Fosílne vosky: Ceresin, Montan, Ozocerite, Rašelinový vosk
- Ropné vosky: parafín, mikrokryštalické vosky, napr. vazelína
Syntetizované vosky:
Syntetické vosky: etylénové polyméry, napr. polyetylén & polyoléter-estery; polyolefínové vosky; amidové vosky mastných kyselín; chlórované naftalény; uhľovodíkový typ, napr. Fischer-Tropsch.
Čo je to vosková emulzia?
Vosková emulzia / vosková disperzia je stabilná zmes jedného alebo viacerých voskov vo vode. Keďže vosky a vodné kvapaliny sú bežne nemiešateľné, na vytvorenie stabilnej voskovej emulzie sú potrebné povrchovo aktívne látky a sofistikovaný proces miešania, napr. výkonový ultrazvuk. Správne povedané, vosková emulzia sa musí nazývať vosková disperzia, pretože vosky sú pri izbovej teplote pevné. Ale keďže voskové emulzie / disperzie sa pripravujú z roztavených voskov, podmienky “emulgácia” a “vosková emulzia” sa najčastejšie používajú pre vodné voskové formulácie, zatiaľ čo termín “Vosková disperzia” Väčšinou popisuje formuláciu vosku na báze rozpúšťadla.
Čo je emulzia
Emulzia je kvapalina v kvapalnej disperzii dvoch alebo viacerých nemiešateľných kvapalín.
Emulzia sa môže vyskytovať v rôznych typoch: w/o, o/w, w/o/w, o/w/o
Typ emulzie (bez alebo o/w) sa môže preskúmať riediacim testom. Emulziu je možné riediť iba kontinuálnou / vonkajšou fázou. Ďalšou metódou na identifikáciu typu emulzie je testovanie vodivosti. Iónové emulzie nevedú, zatiaľ čo emulzie vedú elektrický prúd.
Na použitie CoCl2 test filtračného papiera, filtračný papier je impregnovaný CoCl2 a sušené (modrá farba). Farba CoCl2 Filtračný papier sa po pridaní emulzie zmení na ružovú.
Spoločnosť Hielscher Ultrasonics vyrába vysokovýkonné ultrazvukové homogenizátory od laboratórium do priemyselná veľkosť.