Emulzije voskov z visokozmogljivim ultrazvokom
Ko je vosek dispergiran v obliki nanokapljic z zelo homogeno porazdelitvijo, nastane stabilna emulzija voska. Ultrazvočni homogenizatorji ustvarjajo velike strižne sile ter so zanesljivi in robustni sistemi za izdelavo stabilnih nanoemulzij voskov. Homogenizatorji Hielscher Ultrasonics z velikimi strižnimi silami zagotavljajo vrhunske emulzije za različne industrijske panoge.
Ultrazvočne emulzije voskov
Velike strižne sile, ustvarjene z ultrazvokom, zagotavljajo potrebno energijo za izdelavo emulzij voskov z nanometrskimi kapljicami, npr. stabilnih nanoemulzij parafinskega voska.
Submikronske in nanoemulzije ter disperzije je mogoče formulirati s kombinacijo različnih voskov, da dobimo vrhunski izdelek z zelo visoko funkcionalnostjo (npr. mazanje, odpornost proti vodi, odpornost proti praskam itd.).
Velike strižne sile ultrazvočnih homogenizatorjev omogočajo izdelavo stabilnih formulacij voskov z delci v ravnovesju, pripravljenih za uporabo. Ultrazvočno emulgiranje zagotavlja nanometrske delce in enakomerno porazdelitev.
Industrijski ultrazvočni pretočni sistem za proizvodnjo emulzij voskov.
- zelo majhne kapljice, manjše od 100nm
- stabilne emulzije
- podaljšan rok uporabnosti (mehanska stabilnost)
- večja učinkovitost
- natančen nadzor procesa
Ultrazvočna nanoemulzija parafinskega voska
Kako pripraviti stabilno emulzijo parafinskega voska
Emulzija voska z nanometrskimi kapljicami je formulirana iz staljenega parafinskega voska (kot oljne faze), destilirane vode in anionskega SDS kot površinsko aktivne snovi. Za pripravo grobe predmešanice se vosek, voda in površinsko aktivna snov homogenizirajo z magnetnim mešalom pri 1000 rpm. V ta namen se površinsko aktivna snov (koncentracija 10 mg/ml emulzije) in voda zmešata v čaši ter segrejeta na približno 65–70ºC. Nato se ob magnetnem mešanju po kapljicah dodaja parafinski vosek, pri čemer se ohranja prostorninski delež oljne faze 0,2.
Po dodatku celotne količine parafinskega voska je grobo predmešana emulzija sonicirana z namiznim ultrazvočnim homogenizatorjem UIP1000hdT (1000W, 20kHz) približno 15 min. S postopkom ultrazvočnega emulgiranja nastane nanoemulzija voska z zelo visoko stabilnostjo.
Preberite več o emulziji parafinskega voska z uporabo sonikacije!
Ultrazvočne nanoemulzije, pripravljene z napravo Hielscher UP400St
Površinsko aktivne snovi
Emulzije voskov je mogoče stabilizirati s steričnim mehanizmom (z uporabo neionskih emulgatorjev) ali z elektrostatičnim mehanizmom (z uporabo ionskih emulgatorjev, najpogosteje anionskih). Kombinacija anionskih in neionskih emulgatorjev zagotavlja optimalno stabilnost emulzije, saj sta delcem voska zagotovljena oba stabilizacijska mehanizma. To se imenuje elektrosterični stabilizacijski mehanizem.
Za emulgiranje voskov se lahko uporabljajo različni emulgatorji ali površinsko aktivne snovi, ki so lahko anionski, kationski ali neionski. Najpogosteje uporabljene površinsko aktivne snovi so etoksilati maščobnih alkoholov kot neionske površinsko aktivne snovi, saj zagotavljajo izjemno stabilnost ob prisotnosti trde vode, nenadnih sprememb pH in elektrolitov. Za druge posebne lastnosti materiala se uporabljajo različne druge snovi, npr. anionske površinsko aktivne snovi za boljšo hidrofobnost ali kationske površinsko aktivne snovi za boljši oprijem.
Opomba: Manjše ko so kapljice, več površinsko aktivne snovi je potrebno za prekritje njihove površine, saj je razmerje V/S pri kroglah naslednje: S/V = 3/R. Pri vsakem povečanju dolžine ali polmera na x*l oziroma x*r se površina poveča s kvadratom x (x2), prostornina pa s kubom x (x3).
Formuliranje z emulzijami in disperzijami voskov
Ultrazvočni homogenizatorji se ne uporabljajo le za pripravo emulzij / disperzij voskov – uporabljajo se tudi za obdelavo emulzij voskov v nadaljnjih korakih, da se emulzija kot dodatek vključi v končni izdelek (npr. premaze, lake, barve, kozmetiko itd.).
Ultrazvočni homogenizatorji za zahtevno uporabo za stabilne emulzije voskov
Hielscher Ultrasonics je svetovno priznan dobavitelj ultrazvočnih homogenizatorjev velike moči. Naše ultrazvočne naprave so po vsem svetu prisotne kot zanesljivi in robustni »delovni konji« v kemični, farmacevtski, kozmetični in živilski industriji. Industrijske ultrazvočne naprave Hielscher lahko neprekinjeno zagotavljajo zelo visoke amplitude do 200µm (in na zahtevo tudi višje), da ustvarjajo intenzivno kavitacijo in velik strig. Tako nastanejo izjemno fine nanoemulzije in disperzije z zelo ozkimi porazdelitvami velikosti delcev. Naši ultrazvočni sistemi velike moči vam pomagajo doseči vrhunsko kakovost formulacij voskov.
Robustnost sonikatorjev Hielscher omogoča delovanje 24/7 pri velikih obremenitvah in v zahtevnih okoljih.
Sonikator s sondo UP400St za pripravo stabilnih emulzij voskov.
| Prostornina šarže | Pretok | Priporočene naprave |
|---|---|---|
| 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 |
Stopite v stik z nami! / Vprašajte nas!
Zmogljiv ultrazvočni homogenizator UIP15000hdT z močjo 1,5kW s pretočno celico za emulgiranje v pretočnem procesu.
Literatura / Viri
- 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.
Koristna dejstva
Kaj je vosek? Za kaj se uporabljajo voski?
Voski so opredeljeni kot raznolika skupina organskih spojin, ki so pri temperaturah blizu temperature okolice hidrofobne trdne snovi, ki jih je mogoče oblikovati. Voski so sestavljeni iz različnih sestavin, vključno z ogljikovodiki (nerazvejanimi ali razvejanimi alkani in alkeni), ketoni, diketoni, primarnimi in sekundarnimi alkoholi, aldehidi, sterolnimi estri, alkanojskimi kislinami, terpeni (skvalenom) in monoestri (estri voskov). Kemična sestava voskov je kompleksna in se razlikuje, vendar voski na splošno vsebujejo razmeroma velik delež alkanov, ogljikovodiki pa imajo dolge ali zelo dolge ogljikove verige (od 12 do približno 38 ogljikovih atomov). V širokem temperaturnem območju so trdni (tališče med 60°C in 100°C). Ko se stalijo, postanejo tekočina z nizko viskoznostjo.
Zanje je značilna netopnost v vodi, vendar topnost v organskih nepolarnih topilih. Voske lahko razdelimo na naravne (rastlinskega ali živalskega izvora), polsintetične in sintetične voske.
Glavni vir za komercialno proizvodnjo voskov je surova nafta.
Najpomembnejši vrsti naftnih voskov sta parafinski in mikrokristalinični vosek:
Parafinski voski imajo večinoma belo, voskasto trdno konsistenco brez vonja in okusa, z značilnim tališčem med 46°C in 68°C (115°F in 154°F) ter gostoto približno 900 kg/m3. Imajo makrokristalinično strukturo in so netopni v vodi, vendar topni v etru, benzenu in nekaterih estrih. Parafinski voski se pridobivajo iz surove nafte in vsebujejo med 20 in 40 ogljikovih atomov.
Mikrokristalinični vosek, znan tudi kot vazelin, se zaradi svojega vonja, barve, vsebnosti olja, konsistence in sposobnosti vezave olja uporablja za številne namene.
α-olefinski voski se sintetično pridobivajo iz etilena bodisi s Fischer-Tropschevo sintezo z Ziegler-Nattovim katalizatorjem bodisi z oligomerizacijo etilena. Alfa-olefinski voski se najpogosteje uporabljajo v dodatkih za mazalna olja, mazivih za PVC, svečah, kemikalijah za vrtanje naftnih vrtin in kozmetiki.
Polietilenski vosek (PE-WAX) je polietilen z izjemno nizko molekulsko maso (ULMWPE), sestavljen iz verig etilenskih monomerov. Polipropilenski vosek (PP-WAX) je sintetična kristalinična smola z nizko molekulsko maso.
Tako polietilenski kot polipropilenski voski so homopolimeri in se uporabljajo predvsem za formuliranje barvil za plastiko.
Kopolimerni voski , kot so derivati etilen vinil acetata (EVA) in etilen akrilne kisline (EAA), so široko razširjeni v formulacijah premazov, npr. metalnih osnovnih premazov.
Voski in dodatki na osnovi voskov se široko uporabljajo za zagotavljanje mazanja/drsnosti, reoloških lastnosti, odpornosti proti obrabi, preprečevanja zlepljanja/pregradnih lastnosti, sijaja ali matiranja, odpornosti proti oksidaciji in/ali vodoodbojnosti izdelkov.
Voski so široko uporabljena sestavina v številnih industrijskih panogah, na primer pri proizvodnji kemikalij (npr. finih in specialnih kemikalij), premazov, barv in črnil, dodatkov in modifikatorjev, lepil, plastike in PVC, pnevmatik in gume, v gradbeništvu, pri proizvodnji termostatskih regulacijskih naprav, embalaže, živil in kozmetike.
Naravni voski:
- Živalski voski: čebelji vosek, lanolin, loj, šelak, spermacet
- Rastlinski voski: karnaubski vosek, kandelilski vosek, sojin vosek, ricinusov vosek, vosek riževih otrobov, vosek voskovnice, jojobin vosek itd.
Mineralni voski:
- Fosilni voski: cerezin, montanski vosek, ozokerit, šotni vosek
- Naftni voski: parafin, mikrokristalinični voski, npr. vazelin
Sintetizirani voski:
Sintetični voski: etilenski polimeri, npr. polietilen in eter-estri poliolov; poliolefinski voski; voski iz amidov maščobnih kislin; klorirani naftaleni; ogljikovodikovi voski, npr. Fischer-Tropschevi.
Kaj je emulzija voska?
Emulzija voska / disperzija voska je stabilna zmes enega ali več voskov v vodi. Ker se voski in vodne tekočine običajno ne mešajo, so za nastanek stabilne emulzije voska potrebne površinsko aktivne snovi in dovršen postopek mešanja, npr. visokozmogljiv ultrazvok. Terminološko pravilno bi morali emulzijo voska imenovati disperzija voska, saj so voski pri sobni temperaturi trdni. Ker pa se emulzije / disperzije voskov pripravljajo s staljenimi voski, se za vodne formulacije voskov najpogosteje uporabljata izraza »emulgiranje« in »emulzija voska«, medtem ko izraz »disperzija voska« večinoma označuje formulacijo voska na osnovi topila.
Kaj je emulzija
Emulzija je disperzija dveh ali več tekočin, ki se med seboj ne mešajo, v kateri je tekočina dispergirana v tekočini.
Emulzije so lahko različnih vrst: w/o, o/w, w/o/w, o/w/o
Vrsto emulzije (w/o ali o/w) je mogoče preveriti s preskusom redčenja. Emulzijo je mogoče redčiti samo s kontinuirno / zunanjo fazo. Druga metoda za določanje vrste emulzije je preskus prevodnosti. Ionske emulzije o/w ne prevajajo, medtem ko emulzije o/w prevajajo električni tok.
Za preskus s filtrirnim papirjem s CoCl2 se filtrirni papir impregnira s CoCl2 in posuši (modra barva). Barva filtrirnega papirja s CoCl2 se ob dodatku emulzije o/w spremeni v rožnato.
Hielscher Ultrasonics izdeluje visokozmogljive ultrazvočne homogenizatorje od laboratorijskih do industrijskih velikosti.