Емулзије воска помоћу ултразвука велике снаге
Када се восак диспергује у облику нанокапљица са веома хомогеном расподелом, добија се стабилна емулзија воска. Ултразвучни хомогенизатори стварају велике силе смицања и представљају поуздане и робусне системе за производњу стабилних наноемулзија воска. Хомогенизатори компаније Hielscher Ultrasonics са великим силама смицања дају емулзије врхунског квалитета за различите индустријске гране.
Ултразвучне емулзије воска
Велике силе смицања створене ултразвуком обезбеђују енергију потребну за производњу емулзија воска са капљицама нанометарске величине, нпр. стабилних наноемулзија парафинског воска.
Субмикронске и наноемулзије и дисперзије могу се формулисати комбиновањем различитих воскова како би се добио производ врхунског квалитета са веома израженим функционалним својствима (нпр. подмазивање, отпорност на воду, отпорност на огреботине итд.).
Велике силе смицања ултразвучних хомогенизатора омогућавају производњу стабилних формулација воска спремних за употребу, са честицама у равнотежном стању. Ултразвучном емулзификацијом добијају се честице нанометарске величине и равномерна расподела.
Индустријски ултразвучни проточни систем за производњу емулзија воска.
- веома мале капљице величине мање од 100nm
- стабилне емулзије
- продужен рок трајања (механичка стабилност)
- већа ефикасност
- прецизна контрола процеса
Ултразвучна наноемулзија парафинског воска
Како припремити стабилну емулзију парафинског воска
Емулзија воска са капљицама нанометарске величине формулише се од растопљеног парафинског воска (као уљне фазе), дестиловане воде и анјонског SDS као површински активне материје. Да би се добила груба предсмеша, восак, вода и површински активна материја хомогенизују се магнетном мешалицом при 1000 rpm. У ту сврху се површински активна материја (у концентрацији од 10 mg/ml емулзије) и вода мешају у лабораторијској чаши и загревају на приближно 65–70ºC. Затим се парафински восак додаје кап по кап уз магнетно мешање, при чему се одржава запремински удео уљне фазе од 0,2.
Након додавања целокупне количине парафинског воска, грубо претходно измешана емулзија се третира ултразвуком помоћу стоног ултразвучног хомогенизатора UIP1000hdT (1000W, 20kHz) приближно 15 min. Процесом ултразвучне емулзификације добија се наноемулзија воска веома високе стабилности.
Прочитајте више о емулзији парафинског воска добијеној ултразвучним третманом!
Ултразвучне наноемулзије припремљене помоћу уређаја Hielscher UP400St
Површински активне материје
Емулзије воска могу се стабилизовати стерним механизмом (коришћењем нејонских емулгатора) или електростатичким механизмом (коришћењем јонских емулгатора, најчешће анјонских). Комбиновањем анјонских и нејонских емулгатора постиже се оптимална стабилност емулзије јер су честице воска заштићене помоћу оба механизма стабилизације. То се назива електростерни механизам стабилизације.
За емулзификацију воскова могу се користити различити емулгатори или површински активне материје, који могу бити анјонски, катјонски или нејонски. Најчешће коришћене површински активне материје су етоксилати масних алкохола као нејонске површински активне материје, јер пружају изузетну стабилност у присуству тврде воде и електролита, као и при наглим променама pH вредности. За друга специфична својства материјала користе се разне друге површински активне материје, нпр. анјонске за бољу хидрофобност или катјонске за бољу адхезију.
Напомена: Што су капљице мање, потребно је више површински активне материје за прекривање њихове површине, јер је однос V/S код сфера следећи: S/V = 3/R. При сваком повећању дужине или полупречника на x*l или x*r, површина се повећава за фактор x на квадрат (x2), а запремина се повећава за фактор x на трећи степен (x3).
Формулисање са емулзијама и дисперзијама воска
Ултразвучни хомогенизатори не користе се само за добијање емулзија / дисперзија воска – користе се и за обраду емулзија воска у наредним корацима како би се емулзија као адитив уградила у крајњи производ (нпр. премазе, лакове, боје, козметичке производе итд.).
Ултразвучни хомогенизатори за рад под великим оптерећењем за стабилне емулзије воска
Hielscher Ultrasonics је светски познат добављач ултразвучних хомогенизатора велике снаге. Наши ултразвучни уређаји користе се широм света као поуздани и робусни „радни коњи“ у хемијској, фармацеутској, козметичкој и прехрамбеној индустрији. Индустријски ултразвучни уређаји Hielscher могу континуирано да остварују веома високе амплитуде до 200µm (а на захтев и више) ради стварања интензивне кавитације и високог смицања. Као резултат тога настају ултрафине наноемулзије и дисперзије са веома уском расподелом величине честица. Наши ултразвучни системи велике снаге помажу вам да постигнете врхунски квалитет својих формулација воска.
Робусност соникатора Hielscher омогућава рад 24/7 при великим оптерећењима и у захтевним окружењима.
Соникатор са сондом UP400St за припрему стабилних емулзија воска.
| Запремина шарже | Проток | Препоручени уређаји |
|---|---|---|
| 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 |
Контактирајте нас! / Питајте нас!
Снажан ултразвучни хомогенизатор UIP15000hdT од 1,5kW са проточном ћелијом за емулговање у протоку.
Литература / Референце
- 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.
Чињенице које вреди знати
Шта је восак? За шта се воскови користе?
Воскови се дефинишу као разноврсна класа органских једињења која су хидрофобне, пластичне чврсте материје на температурама блиским температури околине. Воскови се састоје од различитих компонената, укључујући угљоводонике (нормалне или разгранате алкане и алкене), кетоне, дикетоне, примарне и секундарне алкохоле, алдехиде, естре стерола, алканске киселине, терпене (сквален) и моноестре (естре воскова). Хемијски састав воскова је сложен и варира, али воскови генерално садрже релативно висок удео алкана, а угљоводоници имају дуге или веома дуге угљеничне ланце (од 12 до око 38 атома угљеника). Чврсти су у широком температурном опсегу (тачка топљења између 60°C и 100°C). Када се истопе, прелазе у течност ниске вискозности.
Одликују се нерастворљивошћу у води, али растворљивошћу у органским, неполарним растварачима. Воскови се могу поделити на природне (биљног и животињског порекла), полусинтетичке и синтетичке воскове.
За комерцијалну производњу воскова главни извор је сирова нафта.
Две најважније врсте нафтних воскова су парафински и микрокристални воскови:
Парафински воскови углавном имају белу, воштану чврсту конзистенцију без мириса и укуса, са типичном тачком топљења између 46°C и 68°C (115°F и 154°F) и густином од приближно 900 kg/m3. Имају макрокристалну структуру и нерастворљиви су у води, али су растворљиви у етру, бензену и одређеним естрима. Парафински воскови добијају се из сирове нафте и садрже између 20 и 40 атома угљеника.
Микрокристални восак, познат и као петролатум, користи се за бројне примене због свог мириса, боје, садржаја уља, конзистенције и способности везивања уља.
α-олефински воскови добијају се синтетички из етилена, било Фишер–Тропшовом синтезом уз Циглер–Натин катализатор или олигомеризацијом етилена. Алфа-олефински воскови најчешће се користе у адитивима за уља за подмазивање, мазивима за PVC, свећама, хемикалијама за бушење нафте и козметици.
Полиетиленски восак (PE-WAX) је полиетилен ултраниске молекулске масе (ULMWPE) који се састоји од ланаца етиленских мономера. Полипропиленски восак (PP-WAX) је синтетичка, кристална смола ниске молекулске масе.
И полиетиленски и полипропиленски воскови су хомополимери и углавном се користе за формулисање средстава за бојење пластике.
Кополимерни воскови као што су деривати етилен-винил-ацетата (EVA) и кополимера етилена и акрилне киселине (EAA), широко су заступљени у формулацијама премаза, нпр. металик основних премаза.
Воскови и адитиви на бази воска широко се користе како би производу обезбедили подмазивање/клизање, реолошка својства, отпорност на хабање, спречавање слепљивања/баријерна својства, сјај или матирање, отпорност на оксидацију и/или водоодбојност.
Воскови су широко коришћена компонента у многим индустријама, као што су производња хемикалија (нпр. финих и специјалних хемикалија), премаза, боја и мастила, адитива и модификатора, лепкова, пластике и PVC-а, гума и каучука, грађевинарство и изградња, производња уређаја за термостатску регулацију, амбалаже, хране и козметике.
Природни воскови:
- Животињски воскови: пчелињи восак, ланолин, лој, шелак, спермацет
- Биљни воскови: карнауба, канделила, сојин восак, рицинусов восак, восак пиринчаних мекиња, восак воштане мирте, јојоба итд.
Минерални воскови:
- Фосилни воскови: церезин, монтан-восак, озокерит, тресетни восак
- Нафтни воскови: парафин, микрокристални воскови, нпр. петролатум
Синтетизовани воскови:
Синтетички воскови: етиленски полимери, нпр. полиетилен и етар-естри полиола; полиолефински воскови; воскови на бази амида масних киселина; хлоровани нафталени; угљоводонични тип, нпр. Фишер–Тропшови воскови.
Шта је емулзија воска?
Емулзија воска / дисперзија воска је стабилна смеша једног или више воскова у води. Пошто се воскови и водене течности обично не мешају, за формирање стабилне емулзије воска потребни су површински активне материје и софистициран поступак мешања, нпр. ултразвук велике снаге. Терминолошки исправно, емулзија воска мора се називати дисперзијом воска јер су воскови чврсти на собној температури. Међутим, пошто се емулзије / дисперзије воска припремају од растопљених воскова, термини „емулговање“ и „емулзија воска“ најчешће се користе за водене формулације воска, док термин „дисперзија воска“ углавном описује формулацију воска на бази растварача.
Шта је емулзија
Емулзија је дисперзија две или више течности које се међусобно не мешају, при чему је једна течност диспергована у другој.
Емулзија се може јавити у различитим типовима: w/o, o/w, w/o/w, o/w/o
Тип емулзије (w/o или o/w) може се испитати тестом разблаживања. Емулзија се може разблажити само континуалном / спољашњом фазом. Други метод за одређивање типа емулзије јесте испитивање проводљивости. Јонске o/w емулзије не проводе електричну струју, док o/w емулзије проводе електричну струју.
За примену теста са CoCl2 филтер-папиром, филтер-папир се импрегнира CoCl2 и осуши (плава боја). Боја CoCl2 филтер-папира постаје ружичаста када се дода o/w емулзија.
Hielscher Ultrasonics производи ултразвучне хомогенизаторе високих перформанси у величинама од лабораторијских до индустријских.