Dispersioner av nanopartiklar i vax – skapa stabila formuleringar!

Att dispergera nanopartiklar i vaxmatriser är en viktig men krävande tillämpning inom beläggningar, kosmetika, läkemedel och fasändringsmaterial. Med tanke på smälta vaxers inneboende viskositet, deras hydrofobicitet och nanopartiklarnas tendens att agglomerera på grund av höga ytenergier krävs det expertkunskap för att framställa nanopartikel–vaxdispersioner. Hielschers ultraljudsapparater ger den dispergeringseffekt, exakta reglerbarhet och skalbarhet som behövs för produktion av stabila nanopartikel–vaxdispersioner i bänkskala och industriell skala.

Utmaningar vid dispergering av nanopartiklar i vax

Nanopartiklar – oavsett om de är metalliska, keramiska eller kolbaserade – bildar lätt aggregat på grund av starka van der Waals-interaktioner. I vax förstärks dessa interaktioner av avsaknaden av polära lösningsmedel eller stabilisatorer. Mekanisk omrörning eller rotor–stator-homogenisatorer visar sig ofta vara otillräckliga, särskilt när nanopartiklarna har en diameter under 100 nm eller när höga partikelhalter krävs. En homogen dispersion kräver en energitillförsel som kan bryta upp agglomerat på nanoskala och samtidigt väta partikelytan med vaxmediet.

Mekanismen bakom nanodispergering med ultraljud

Den betydande effektiviteten hos ultraljudsdispergering ligger i den akustiska kavitationens unika verkningsmekanism. Ultraljudsapparater av sondtyp genererar intensiva kavitationskrafter när högintensiva, lågfrekventa ultraljudsvågor fortplantar sig genom vätska, exempelvis smält vax. Bubblornas kollaps under kavitationen skapar lokala områden med extremt hög temperatur, extrema skjuvgradienter, stötvågor och mikrostrålar. Dessa övergående krafter övervinner vidhäftningen mellan partiklarna och bryter effektivt upp agglomererade nanopartikelkluster.
Dessutom förbättrar ultraljudsbehandling vaxsmältans vätning av nanopartiklarnas ytor. Kavitationsbubblornas upprepade kollaps minskar gränsytspänningen, vilket gör att vaxmolekyler kan tränga in mellan partiklarna och stabilisera dem steriskt.

Tillämpningar för vaxnanodispersioner framställda med ultraljud

Möjligheten att dispergera nanopartiklar homogent i vax öppnar för en mängd olika tillämpningar:

• Beläggningar och polermedel: Tillsats av nanopartiklar av kiseldioxid eller aluminiumoxid förbättrar hårdhet, reptålighet och glans.
• Kosmetiska formuleringar: Nanopartiklar av titandioxid eller zinkoxid ger UV-skydd samtidigt som transparensen bibehålls.
• Fasändringsmaterial (PCM): Grafen, kolnanorör eller metalloxider ökar värmeledningsförmågan, vilket förbättrar värmelagringseffektiviteten i energisystem.
• Läkemedelstillförsel: Lipofila nanopartiklar inbäddade i vax fungerar som depåer med långsam frisättning i topikala eller orala formuleringar.

Ultraljudsdispergerare för vax–nanopartikelformuleringar

Ultraljudsdispergering med Hielschers högpresterande ultraljudsapparater av sondtyp är en robust och skalbar teknik för produktion av stabila vaxnanodispersioner.
Hielschers ultraljudssystem av sondtyp används i stor utsträckning för bearbetning av nanopartiklar tack vare sin höga bearbetningskapacitet, exakta parameterstyrning och linjära skalbarhet. Oavsett om du behöver framställa vaxdispersioner med nanopartiklar satsvis eller i kontinuerlig inlineproduktion erbjuder Hielscher Ultrasonics den idealiska utrustningen för ultraljudsbehandling: ultraljudshomogenisatorer för laboratorier är det perfekta verktyget för forskning och produktutveckling, medan industriella ultraljudsflödesceller möjliggör produktion av stabila vaxnanodispersioner som uppfyller de högsta kvalitetsstandarderna.
Hielschers ultraljudsapparater tillverkas enligt de högsta kvalitetsstandarderna och förenar robusthet, användarvänlighet och enkel integrering i industriella processer. De är konstruerade för att tåla krävande miljöer, har den senaste tekniken, är ISO-certifierade och uppfyller kraven enligt CE, UL, CSA och RoHS.

Tabellen nedan ger en uppfattning om våra ultraljudsapparaters ungefärliga bearbetningskapacitet:

Litteratur / referenser

• 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.