Дисперзије наночестица у воску – направите стабилне формулације!
Дисперговање наночестица у воштаним матрицама је важна, али захтевна примена у областима премаза, козметике, фармацеутских производа и материјала са фазном променом. С обзиром на својствену вискозност растопљених воскова, њихову хидрофобност и склоност наночестица ка агломерацији услед високих површинских енергија, припрема дисперзије наночестица у воску захтева стручно знање. Hielscher соникатори обезбеђују снагу дисперговања, прецизну управљивост и скалабилност за производњу стабилних дисперзија наночестица у воску на стоним уређајима и у индустријској производњи.
Изазови при дисперговању наночестица у воску
Наночестице – било да су металне, керамичке или на бази угљеника – лако формирају агрегате услед јаких ван дер Валсових интеракција. У воску се ове интеракције појачавају због одсуства поларних растварача или стабилизатора. Механичко мешање или хомогенизатори типа ротор–статор често се показују недовољним, нарочито када је пречник наночестица мањи од 100 nm или када су потребни високи удели наночестица. Хомогена дисперзија захтева унос енергије који може да разбије агломерате на наноскали, уз истовремено квашење површине честица воштаним медијумом.
Hielscher соникатори са сондом производе стабилне наноемулзије парафинског воска.
Механизам ултразвучног нанодисперговања
Висока ефикасност ултразвучног дисперговања заснива се на јединственом механизму деловања акустичне кавитације. Соникатори са сондом стварају интензивне кавитационе силе када се ултразвучни таласи високог интензитета и ниске фреквенције простиру кроз течност, нпр. растопљени восак. Колапс мехурића током кавитације ствара локализоване зоне високе температуре са екстремним градијентима смицања, ударним таласима и микромлазевима. Ове краткотрајне силе савладавају адхезију између честица и ефикасно деагломеришу накупине наночестица.
Поред тога, ултразвучна обрада побољшава квашење површина наночестица растопом воска. Поновљени колапс кавитационих мехурића смањује међуфазни напон, омогућавајући молекулима воска да продру између честица и стерички их стабилизују.
Примене ултразвучно припремљених нанодисперзија воска
Могућност хомогеног дисперговања наночестица у воску отвара пут за бројне примене:
- Премази и средства за полирање: Додавање наночестица силицијум-диоксида или алуминијум-оксида повећава тврдоћу, отпорност на гребање и сјај.
- Козметичке формулације: Наночестице титанијум-диоксида или цинк-оксида пружају заштиту од УВ зрачења уз очување провидности.
- Материјали са фазном променом (PCM): Графен, угљеничне наноцеви или метални оксиди повећавају топлотну проводљивост, побољшавајући ефикасност складиштења топлоте у енергетским системима.
- Испорука лекова: Липофилне наночестице уграђене у восак делују као резервоари са спорим ослобађањем у формулацијама за локалну или оралну примену.
Ултразвучни диспергатори за формулације воска са наночестицама
Ултразвучно дисперговање помоћу Hielscher соникатора са сондом високих перформанси је робусна и скалабилна техника за производњу стабилних нанодисперзија воска.
Hielscher ултразвучни системи са сондом широко се користе за обраду наночестица захваљујући великој способности обраде, прецизној контроли параметара и линеарној скалабилности. Без обзира на то да ли треба да припремите дисперзије наночестица у воску шаржно или у континуираној проточној производњи, Hielscher Ultrasonics нуди идеалну поставку за ултразвучну обраду: ултразвучни лабораторијски хомогенизатори су савршен алат за истраживање и развој производа, док ултразвучне индустријске проточне ћелије омогућавају производњу стабилних нанодисперзија воска које испуњавају највише стандарде квалитета.
Израђени према највишим стандардима квалитета, Hielscher ултразвучни уређаји комбинују робусност, једноставност употребе и лаку интеграцију у индустријске процесе. Пројектовани да издрже захтевне услове рада, опремљени су најсавременијом технологијом, имају ISO сертификат и испуњавају захтеве CE, UL, CSA и RoHS.
- висока ефикасност
- најсавременија технологија
- поузданост и робусност
- подесива, прецизна контрола процеса
- шаржна и проточна обрада
- за било коју запремину
- интелигентан софтвер
- паметне функције (нпр. могућност програмирања, евидентирање података, даљинско управљање)
- једноставно и безбедно руковање
- мали захтеви за одржавање
- CIP (чишћење на месту)
Табела у наставку даје преглед приближног капацитета обраде наших ултразвучних уређаја:
| Запремина шарже | Проток | Препоручени уређаји |
|---|---|---|
| 0,5 до 1,5mL | n.a. | VialTweeter |
| 1 до 500mL | 10 до 200mL/min | UP100H |
| 10 до 2000mL | 20 до 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 до 20L | 0,2 до 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 до 100L | 2 до 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 до 150L | 3 до 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 до 100L/min | UIP16000hdT |
| n.a. | већи | група уређаја UIP16000hdT |
Ултразвучни систем за емулговање у индустријској производњи маргарина
Литература / Референце
- 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.
Често постављана питања
Шта је восак?
Воскови су класа органских, хидрофобних материјала који се углавном састоје од угљоводоника дугог ланца, естара, масних киселина и алкохола. Чврсти су на собној температури, имају релативно ниске температуре топљења и омекшавају при загревању.
Које су различите врсте воскова?
Различите врсте воскова обухватају природне воскове, као што су пчелињи, карнауба и канделила восак, минералне воскове добијене из нафте или лигнита, као што су парафински, микрокристални и монтан восак, и синтетичке воскове, као што су полиетиленски, Фишер–Тропшови и амидни воскови.
За шта се користе воскови?
Воскови имају широку примену у различитим индустријама. Обезбеђују заштиту површина у премазима и средствима за полирање, делују као средства за формирање структуре и везива у козметици и фармацеутским производима, служе као средства за одвајање и заштитни премази у прехрамбеној индустрији, а у техничким применама функционишу као мазива, лепкови и материјали са фазном променом за складиштење енергије.
Каква је поларност различитих воскова?
Поларност воскова варира у зависности од њиховог хемијског састава. Парафински и полиетиленски воскови су углавном неполарни, пчелињи и карнауба восак показују слабу поларност због естара и слободних масних киселина, док монтан восак или одређени синтетички воскови показују умерену поларност због карбоксилних и амидних функционалних група.
Hielscher Ultrasonics производи ултразвучне хомогенизаторе високих перформанси од лабораторијских до индустријских размера.