Voskové emulzie pomocou výkonového ultrazvuku
Keď sa vosk disperguje vo forme nanokvapôčok s veľmi homogénnym rozdelením, vzniká stabilná vosková emulzia. Ultrazvukové homogenizátory vytvárajú vysoké šmykové sily a predstavujú spoľahlivé a robustné systémy na výrobu stabilných voskových nanoemulzií. Homogenizátory Hielscher Ultrasonics s vysokým šmykovým účinkom poskytujú emulzie špičkovej kvality pre rôzne priemyselné odvetvia.
Ultrazvukové voskové emulzie
Vysoké šmykové sily vytvárané ultrazvukom dodávajú energiu potrebnú na výrobu voskových emulzií s kvapôčkami nanometrových rozmerov, napr. stabilných nanoemulzií parafínového vosku.
Submikrónové emulzie a disperzie aj nanoemulzie a nanodisperzie možno formulovať kombináciou rôznych voskov s cieľom získať produkt špičkovej kvality s veľmi vysokou funkčnosťou (napr. mazivosťou, odolnosťou voči vode, odolnosťou proti poškriabaniu atď.).
Vysoké šmykové sily ultrazvukových homogenizátorov umožňujú vyrábať stabilné voskové formulácie pripravené na použitie s časticami v rovnovážnom stave. Ultrazvuková emulgácia vedie k vzniku častíc nanometrových rozmerov a rovnomernému rozdeleniu.
Priemyselný ultrazvukový prietokový systém na výrobu voskových emulzií.
- veľmi malé kvapôčky s veľkosťou menšou ako 100nm
- stabilné emulzie
- predĺžená skladovateľnosť (mechanická stabilita)
- vyššia účinnosť
- presné riadenie procesu
Ultrazvuková nanoemulzia parafínového vosku
Ako pripraviť stabilnú emulziu parafínového vosku
Vosková emulzia s kvapôčkami nanometrových rozmerov sa pripravuje z roztaveného parafínového vosku (ako olejovej fázy), destilovanej vody a aniónového SDS ako povrchovo aktívnej látky. Na vytvorenie hrubej predzmesi sa vosk, voda a povrchovo aktívna látka homogenizujú pomocou magnetického miešadla pri 1000 ot./min. Na tento účel sa povrchovo aktívna látka (koncentrácia 10 mg/ml emulzie) a voda zmiešajú v kadičke a zahrejú na približne 65–70ºC. Potom sa za magnetického miešania po kvapkách pridáva parafínový vosk, pričom sa udržiava objemový podiel olejovej fázy 0,2.
Po pridaní celého množstva parafínového vosku sa nahrubo predmiešaná emulzia sonikuje pomocou stolového ultrazvukového homogenizátora UIP1000hdT (1000W, 20kHz) približne 15 min. Proces ultrazvukovej emulgácie vedie k vzniku voskovej nanoemulzie s veľmi vysokou stabilitou.
Prečítajte si viac o emulzii parafínového vosku pripravenej pomocou sonikácie!
Ultrazvukové nanoemulzie pripravené pomocou zariadenia Hielscher UP400St
Povrchovo aktívne látky
Voskové emulzie možno stabilizovať buď stérickým mechanizmom (pomocou neiónových emulgátorov), alebo elektrostatickým mechanizmom (pomocou iónových emulgátorov, najčastejšie aniónových). Kombinácia aniónových a neiónových emulgátorov poskytuje emulzii optimálnu stabilitu, pretože voskové častice sú chránené oboma stabilizačnými mechanizmami. Tento mechanizmus sa označuje ako elektrostérický stabilizačný mechanizmus.
Na emulgáciu voskov možno 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 poskytujú mimoriadnu stabilitu voči tvrdej vode, náhlym zmenám pH a elektrolytom. Na dosiahnutie iných špecifických materiálových vlastností sa používajú rôzne ďalšie látky, napr. aniónové povrchovo aktívne látky na lepšiu hydrofóbnosť alebo katiónové povrchovo aktívne látky na lepšiu priľnavosť.
Poznámka: Čím sú kvapôčky menšie, tým viac povrchovo aktívnej látky je potrebné na pokrytie ich povrchu, pretože pomer V/S pri guľových časticiach je nasledujúci: S/V = 3/R. Pri každom zväčšení dĺžky alebo polomeru na x*l alebo x*r sa plocha povrchu zväčší x na druhú (x2) a objem sa zväčší x na tretiu (x3).
Príprava formulácií s voskovými emulziami a disperziami
Ultrazvukové homogenizátory sa používajú nielen na tvorbu voskových emulzií / disperzií – používajú sa aj na spracovanie voskových emulzií v ďalších krokoch s cieľom začleniť emulziu ako prísadu do konečného produktu (napr. povlakov, lakov, farieb, kozmetiky atď.).
Ultrazvukové homogenizátory na náročnú prevádzku na prípravu stabilných voskových emulzií
Hielscher Ultrasonics je celosvetovo uznávaným dodávateľom vysokovýkonných ultrazvukových homogenizátorov. Naše ultrazvukové zariadenia sa po celom svete používajú ako spoľahlivé a robustné „ťažné kone“ v chemickom, farmaceutickom, kozmetickom a potravinárskom priemysle. Priemyselné ultrazvukové zariadenia Hielscher dokážu nepretržite dosahovať veľmi vysoké amplitúdy až do 200µm (a na požiadanie aj vyššie), čím vytvárajú intenzívnu kavitáciu a vysoký šmyk. Výsledkom sú ultrajemné nanoemulzie a disperzie s veľmi úzkym rozdelením veľkosti častíc. Naše vysokovýkonné ultrazvukové systémy vám pomáhajú dosiahnuť špičkovú kvalitu vašich voskových formulácií.
Robustnosť sonikátorov Hielscher umožňuje prevádzku 24/7 pri vysokom zaťažení a v náročných prostrediach.
Sondový sonikátor UP400St na prípravu stabilných voskových emulzií.
| Objem dávky | Prietok | Odporúčané zariadenia |
|---|---|---|
| 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 |
Kontaktujte nás! / Opýtajte sa nás!
Výkonný ultrazvukový homogenizátor UIP15000hdT s výkonom 1,5kW s prietokovou celou na emulgáciu v prietoku.
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.
Užitočné fakty
Čo je vosk? Na čo sa vosky používajú?
Vosky sú definované ako rozmanitá trieda organických zlúčenín, ktoré sú pri teplotách blízkych teplote okolia hydrofóbnymi, tvárnymi tuhými látkami. Vosky pozostávajú z rôznych zložiek vrátane uhľovodíkov (nerozvetvených alebo rozvetvených alkánov a alkénov), ketónov, diketónov, primárnych a sekundárnych alkoholov, aldehydov, esterov sterolov, alkánových kyselín, terpénov (skvalénu) a monoesterov (voskových esterov). Chemické zloženie voskov je zložité a premenlivé, ale vo všeobecnosti vosky obsahujú pomerne vysoký podiel alkánov a uhľovodíky majú dlhé alebo veľmi dlhé uhlíkové reťazce (od 12 až do približne 38 atómov uhlíka). Sú tuhé v širokom rozsahu teplôt (teplota topenia medzi 60°C a 100°C). Po roztavení sa menia na kvapalinu s nízkou viskozitou.
Vyznačujú sa nerozpustnosťou vo vode, ale rozpustnosťou v organických nepolárnych rozpúšťadlách. Vosky možno rozdeliť na prírodné (rastlinného alebo živočíšneho pôvodu), polosyntetické a syntetické.
Hlavnou surovinou na komerčnú výrobu voskov je ropa.
Dva najdôležitejšie typy ropných voskov sú parafínové a mikrokryštalické vosky:
Parafínové vosky majú väčšinou bielu, tuhú voskovitú konzistenciu bez zápachu a chuti, s typickou teplotou topenia medzi 46°C a 68°C (115°F a 154°F) a hustotou približne 900 kg/m3. Majú makrokryštalickú štruktúru a sú nerozpustné vo vode, ale rozpustné v éteri, benzéne a niektorých esteroch. Parafínové vosky sa získavajú z ropy a obsahujú 20 až 40 atómov uhlíka.
Mikrokryštalický vosk, známy aj ako vazelína, sa používa v rozmanitých aplikáciách vďaka svojmu zápachu, farbe, obsahu oleja, konzistencii a schopnosti viazať olej.
α-olefínové vosky sa synteticky získavajú buď z etylénu Fischerovou–Tropschovou syntézou so Zieglerovým–Nattovým katalyzátorom, alebo oligomerizáciou etylénu. Alfa-olefínové vosky sa najčastejšie používajú v prísadách do mazacích olejov, mazivách pre PVC, sviečkach, chemikáliách na vŕtanie ropných vrtov a kozmetike.
Polyetylénový vosk (PE-WAX) je polyetylén s ultranízkou molekulovou hmotnosťou (ULMWPE), ktorý pozostáva z reťazcov etylénových monomérov. Polypropylénový vosk (PP-WAX) je syntetická kryštalická živica s nízkou molekulovou hmotnosťou.
Polyetylénové aj polypropylénové vosky sú homopolyméry a používajú sa najmä na prípravu farbív pre plasty.
Kopolymérne vosky ako sú deriváty etylénvinylacetátu (EVA) a kopolyméru etylénu s kyselinou akrylovou (EAA), sú veľmi rozšírené vo formuláciách povlakov, napr. metalických základných náterov.
Vosky a voskové prísady sa vo veľkej miere používajú na zabezpečenie mazivosti/klznosti, reologických vlastností, odolnosti proti oderu, ochrany proti zlepovaniu/bariérových vlastností, lesku alebo matného vzhľadu, odolnosti proti oxidácii a/alebo vodoodpudivosti výrobku.
Vosky sú široko používanou zložkou v mnohých priemyselných odvetviach, napríklad pri výrobe chemikálií (napr. jemných a špeciálnych chemikálií), povlakov, náterových farieb a tlačiarenských farieb, prísad a modifikátorov, lepidiel, plastov a PVC, pneumatík a gumárenských výrobkov, v stavebníctve, pri výrobe termostatických regulačných zariadení, obalov, potravín a kozmetiky.
Prírodné vosky:
- Živočíšne vosky: včelí vosk, lanolín, loj, šelak, spermacet
- Rastlinné vosky: karnaubský, kandelilový, sójový, ricínový vosk, vosk z ryžových otrúb, vosk z voskovníka, jojobový vosk atď.
Minerálne vosky:
- Fosílne vosky: cerezín, montánny vosk, ozokerit, rašelinový vosk
- Ropné vosky: parafín, mikrokryštalické vosky, napr. vazelína
Syntetizované vosky:
Syntetické vosky: etylénové polyméry, napr. polyetylén a éterestery polyolov; polyolefínové vosky; vosky na báze amidov mastných kyselín; chlórované naftalény; uhľovodíkové vosky, napr. Fischerove-Tropschove vosky.
Čo je vosková emulzia?
Vosková emulzia / vosková disperzia je stabilná zmes jedného alebo viacerých voskov vo vode. Keďže vosky a vodné kvapaliny sú za normálnych okolností nemiešateľné, na vytvorenie stabilnej voskovej emulzie sú potrebné povrchovo aktívne látky a sofistikovaný proces miešania, napr. pomocou výkonového ultrazvuku. Zo správneho terminologického hľadiska sa vosková emulzia musí nazývať vosková disperzia, pretože vosky sú pri izbovej teplote tuhé. Keďže sa však voskové emulzie / disperzie pripravujú z roztavených voskov, pre vodné voskové formulácie sa najčastejšie používajú pojmy „emulgácia“ a „vosková emulzia“, zatiaľ čo pojem „vosková disperzia“ väčšinou označuje voskovú formuláciu na báze rozpúšťadla.
Čo je emulzia
Emulzia je disperzia kvapaliny v kvapaline pozostávajúca z dvoch alebo viacerých nemiešateľných kvapalín.
Emulzia sa môže vyskytovať v rôznych typoch: w/o, o/w, w/o/w, o/w/o
Typ emulzie (w/o alebo o/w) možno určiť skúškou riedením. Emulziu možno riediť iba kontinuálnou / vonkajšou fázou. Ďalšou metódou na určenie typu emulzie je skúška vodivosti. Iónové emulzie o/w nevedú elektrický prúd, zatiaľ čo emulzie o/w elektrický prúd vedú.
Pri skúške s filtračným papierom CoCl2 sa filtračný papier impregnuje CoCl2 a vysuší (modrá farba). Farba filtračného papiera CoCl2 sa po pridaní emulzie o/w zmení na ružovú.
Hielscher Ultrasonics vyrába vysokovýkonné ultrazvukové homogenizátory vo veľkostiach od laboratórnych až po priemyselné.