Disperzije nanodelcev v vosku – pripravite stabilne formulacije!
Dispergiranje nanodelcev v voščenih matricah je pomembna, vendar zahtevna uporaba pri premazih, kozmetiki, farmacevtskih izdelkih in materialih s faznim prehodom. Zaradi viskoznosti, značilne za staljene voske, njihove hidrofobnosti in težnje nanodelcev k aglomeraciji zaradi visokih površinskih energij priprava disperzij nanodelcev v vosku zahteva strokovno znanje. Sonikatorji Hielscher zagotavljajo moč dispergiranja, natančno možnost krmiljenja in razširljivost za proizvodnjo stabilnih disperzij nanodelcev v vosku z namiznimi napravami in v industrijski proizvodnji.
Izzivi pri dispergiranju nanodelcev v vosku
Nanodelci – kovinski, keramični ali na osnovi ogljika – zaradi močnih van der Waalsovih interakcij zlahka tvorijo agregate. V vosku se te interakcije okrepijo zaradi odsotnosti polarnih topil ali stabilizatorjev. Mehansko mešanje ali homogenizatorji rotor–stator se pogosto izkažejo za nezadostne, zlasti kadar je premer nanodelcev manjši od 100 nm ali kadar so potrebne visoke vsebnosti nanodelcev. Homogena disperzija zahteva vnos energije, ki lahko razbije aglomerate na nanometrski ravni in hkrati omoči površino delcev z voščenim medijem.
Sonikatorji Hielscher s sondo proizvajajo stabilne nanoemulzije parafinskega voska.
Mehanizem ultrazvočnega nanodispergiranja
Velika učinkovitost ultrazvočnega dispergiranja temelji na edinstvenem mehanizmu delovanja akustične kavitacije. Sonikatorji s sondo ustvarjajo intenzivne kavitacijske sile, ko se visokointenzivni nizkofrekvenčni ultrazvočni valovi širijo skozi tekočino, npr. staljeni vosek. Sesedanje mehurčkov med kavitacijo ustvarja lokalizirana vroča območja z ekstremnimi strižnimi gradienti, udarnimi valovi in mikrom curki. Te prehodne sile premagajo adhezijo med delci in učinkovito deaglomerirajo skupke nanodelcev.
Poleg tega ultrazvočna obdelava izboljša omočenje površin nanodelcev s talino voska. Ponavljajoče se sesedanje kavitacijskih mehurčkov zmanjša medfazno napetost, kar molekulam voska omogoča prodiranje med delce in njihovo sterično stabilizacijo.
Uporaba ultrazvočno pripravljenih nanodisperzij voska
Možnost homogenega dispergiranja nanodelcev v vosku odpira pot številnim uporabam:
- Premazi in polirna sredstva: Dodatek nanodelcev silicijevega dioksida ali aluminijevega oksida izboljša trdoto, odpornost proti praskam in sijaj.
- Kozmetične formulacije: Nanodelci titanovega dioksida ali cinkovega oksida zagotavljajo UV-zaščito ob ohranjanju prosojnosti.
- Materiali s faznim prehodom (PCM): Grafen, ogljikove nanocevke ali kovinski oksidi povečajo toplotno prevodnost in s tem izboljšajo učinkovitost shranjevanja toplote v energetskih sistemih.
- Dostava učinkovin: Lipofilni nanodelci, vgrajeni v vosek, delujejo kot rezervoarji za počasno sproščanje v formulacijah za topikalno ali peroralno uporabo.
Ultrazvočni dispergatorji za formulacije voska z nanodelci
Ultrazvočno dispergiranje z visokozmogljivimi sonikatorji Hielscher s sondo je robustna in razširljiva tehnika za proizvodnjo stabilnih nanodisperzij voska.
Ultrazvočni sistemi Hielscher s sondo se pogosto uporabljajo za obdelavo nanodelcev zaradi velike zmogljivosti obdelave, natančnega krmiljenja parametrov in linearne razširljivosti. Ne glede na to, ali morate disperzije nanodelcev v vosku pripraviti šaržno ali v neprekinjeni proizvodnji v pretočnem sistemu, Hielscher Ultrasonics ponuja idealno opremo za sonikacijo: laboratorijski ultrazvočni homogenizatorji so popolno orodje za raziskave in razvoj izdelkov, industrijske ultrazvočne pretočne celice pa omogočajo proizvodnjo stabilnih nanodisperzij voska, ki izpolnjujejo najvišje standarde kakovosti.
Ultrazvočne naprave Hielscher, izdelane po najvišjih standardih kakovosti, združujejo robustnost, prijaznost do uporabnika in preprosto vključevanje v industrijske procese. Zasnovane so za zahtevna okolja, vključujejo najsodobnejšo tehnologijo, imajo certifikat ISO in izpolnjujejo zahteve CE, UL, CSA in RoHS.
- visoka učinkovitost
- najsodobnejša tehnologija
- zanesljivost in robustnost
- prilagodljivo, natančno krmiljenje procesa
- šaržna obdelava in obdelava v pretočnem sistemu
- za poljubno prostornino
- inteligentna programska oprema
- pametne funkcije (npr. možnost programiranja, beleženje podatkov, daljinsko upravljanje)
- preprosto in varno upravljanje
- malo vzdrževanja
- CIP (čiščenje na mestu)
Spodnja tabela prikazuje približno zmogljivost obdelave naših ultrazvočnih naprav:
| Prostornina šarže | Pretok | Priporočene naprave |
|---|---|---|
| 0,5 do 1,5mL | n.a. | VialTweeter |
| 1 do 500mL | 10 do 200mL/min | UP100H |
| 10 do 2000mL | 20 do 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 do 20L | 0,2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 do 150L | 3 do 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 do 100L/min | UIP16000hdT |
| n.a. | večji | sklop naprav UIP16000hdT |
Ultrazvočni emulgirni sistem za industrijsko proizvodnjo margarine
Literatura / Reference
- 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.
Pogosto zastavljena vprašanja
Kaj je vosek?
Voski so skupina organskih, hidrofobnih materialov, sestavljenih predvsem iz dolgoverižnih ogljikovodikov, estrov, maščobnih kislin in alkoholov. Pri sobni temperaturi so trdni, imajo razmeroma nizka tališča in se pri segrevanju mehčajo.
Katere vrste voskov poznamo?
Različne vrste voskov vključujejo naravne voske, kot so čebelji, karnaubski in kandelilski vosek, mineralne voske, pridobljene iz nafte ali lignita, kot so parafinski, mikrokristalinični in montanski vosek, ter sintetične voske, kot so polietilenski, Fischer–Tropschevi in amidni voski.
Za kaj se uporabljajo voski?
Voski se široko uporabljajo v različnih industrijskih panogah. V premazih in polirnih sredstvih zagotavljajo površinsko zaščito, v kozmetiki in farmacevtskih izdelkih delujejo kot sredstva za oblikovanje strukture in veziva, v živilski industriji služijo kot ločilna sredstva in zaščitni premazi, v tehničnih aplikacijah pa delujejo kot maziva, lepila in materiali s faznim prehodom za shranjevanje energije.
Kakšna je polarnost različnih voskov?
Polarnost voskov se razlikuje glede na njihovo kemijsko sestavo. Parafinski in polietilenski voski so večinoma nepolarni, čebelji in karnaubski vosek izkazujeta šibko polarnost zaradi estrov in prostih maščobnih kislin, montanski ali nekateri sintetični voski pa kažejo zmerno polarnost zaradi karboksilnih in amidnih funkcionalnih skupin.
Hielscher Ultrasonics izdeluje visokozmogljive ultrazvočne homogenizatorje v velikostih od laboratorijskih do industrijskih.