Vaxemulsioner med högeffektsultraljud
När vax dispergeras som nanodroppar med en mycket homogen fördelning erhålls en stabil vaxemulsion. Ultraljudshomogenisatorer genererar höga skjuvkrafter och är tillförlitliga och robusta system för framställning av stabila vaxnanoemulsioner. Hielscher Ultrasonics homogenisatorer med hög skjuvkraft ger överlägsna emulsioner för olika branscher.
Vaxemulsioner med ultraljud
Höga skjuvkrafter som genereras med ultraljud tillför den energi som krävs för att framställa vaxemulsioner i nanostorlek, t.ex. stabila paraffinvaxnanoemulsioner.
Emulsioner och dispersioner i submikron- och nanostorlek kan formuleras med en kombination av olika vaxer för att erhålla en överlägsen produkt med mycket goda funktionella egenskaper (t.ex. smörjförmåga, vattenbeständighet, reptålighet osv.).
Ultraljudshomogenisatorernas höga skjuvkrafter gör det möjligt att framställa stabila, bruksfärdiga vaxformuleringar med partiklar i jämvikt. Ultraljudsemulgeringen resulterar i partiklar i nanostorlek och en jämn fördelning.
Industriellt genomflödessystem med ultraljud för framställning av vaxemulsioner.
- mycket små droppstorlekar under 100nm
- stabila emulsioner
- förlängd hållbarhet (mekanisk stabilitet)
- högre effektivitet
- exakt processtyrning
Paraffinvaxnanoemulsion med ultraljud
Så framställer du en stabil paraffinvaxemulsion
Vaxemulsionen i nanostorlek formuleras av smält paraffinvax (som oljefas), destillerat vatten och anjoniskt SDS som tensid. För att bilda en grov förblandning homogeniseras vax, vatten och tensid med en magnetomrörare vid 1000 rpm. För detta blandas tensiden (koncentration 10 mg/ml emulsion) och vattnet i en bägare och värms till ca 65–70ºC. Därefter tillsätts paraffinvaxet droppvis under magnetomrörning samtidigt som oljefasens volymfraktion hålls vid 0,2.
Efter att allt paraffinvax har tillsatts blir den grovt förblandade emulsionen ultraljudsbehandlad med en ultraljudshomogenisator av bänkmodell UIP1000hdT (1000W, 20kHz) i ca 15 min. Ultraljudsemulgeringsprocessen resulterar i en vaxnanoemulsion med mycket hög stabilitet.
Läs mer om paraffinvaxemulsion med ultraljudsbehandling!
Nanoemulsioner framställda med ultraljud med Hielscher UP400St
Tensider
Vaxemulsioner kan stabiliseras antingen genom en sterisk mekanism (med nonjoniska emulgatorer) eller genom en elektrostatisk mekanism (med joniska emulgatorer, oftast anjoniska). Kombinationen av anjoniska och nonjoniska emulgatorer ger emulsionen optimal stabilitet eftersom vaxpartiklarna skyddas genom båda stabiliseringsmekanismerna. Detta kallas den elektrosteriska stabiliseringsmekanismen.
För emulgering av vaxer kan olika emulgatorer eller tensider användas, vilka kan vara anjoniska, katjoniska eller nonjoniska. De vanligaste tensiderna är fettalkoholetoxilater som nonjoniska tensider, eftersom de ger en enastående stabilitet mot hårt vatten, pH-chocker och elektrolyter. För andra specifika materialegenskaper används olika andra tensider, t.ex. anjoniska tensider för bättre hydrofobicitet eller katjoniska tensider för bättre vidhäftning.
Observera: Ju mindre dropparna är, desto mer tensid krävs för att täcka droppytan eftersom V/S-förhållandet för sfärer är följande: S/V = 3/R. Vid varje ökning av längden eller radien till x*l eller x*r ökar ytarean med x i kvadrat (x2) och volymen med x i kubik (x3).
Formulering med vaxemulsioner och dispersioner
Ultraljudshomogenisatorer används inte bara för att bilda vaxemulsioner / dispersioner – de används också för att bearbeta vaxemulsionerna i ytterligare steg för att införliva emulsionen som tillsats i slutprodukten (t.ex. beläggningar, lacker, färger, kosmetika osv.).
Robusta ultraljudshomogenisatorer för stabila vaxemulsioner
Hielscher Ultrasonics är en världskänd leverantör av ultraljudshomogenisatorer med hög effekt. Våra ultraljudsapparater används världen över som tillförlitliga och robusta ”arbetshästar” inom kemi-, läkemedels-, kosmetik- och livsmedelsindustrin. Hielschers ultraljudsapparater för industriellt bruk kan kontinuerligt leverera mycket höga amplituder på upp till 200µm (och högre på begäran) för att generera intensiv kavitation och kraftig skjuvning. Detta resulterar i ultrafina nanoemulsioner och dispersioner med mycket snäva partikelstorleksfördelningar. Våra ultraljudssystem med hög effekt hjälper dig att uppnå överlägsen kvalitet på dina vaxberedningar.
Hielschers sonikatorer är så robusta att de kan köras dygnet runt, alla dagar i veckan, vid hög belastning och i krävande miljöer.
Sondsonikator UP400St för framställning av stabila vaxemulsioner.
| Satsvolym | Flödeshastighet | Rekommenderade apparater |
|---|---|---|
| 1 till 500mL | 10 till 200mL/min | UP100H |
| 10 till 2000mL | 20 till 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 till 20L | 0,2 till 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 till 100L | 2 till 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 till 150L | 3 till 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 till 100L/min | UIP16000hdT |
| n.a. | högre | kluster av UIP16000hdT |
Kontakta oss! / Fråga oss!
Kraftfull 1,5kW ultraljudshomogenisator UIP15000hdT med flödescell för inline-emulgering.
Litteratur / Referenser
- 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.
Värt att veta
Vad är vax? Vad används vaxer till?
Vaxer definieras som en mångskiftande klass av organiska föreningar som är hydrofoba, formbara fasta ämnen vid temperaturer nära omgivningstemperaturen. Vaxer består av olika komponenter, däribland kolväten (raka eller grenade alkaner och alkener), ketoner, diketoner, primära och sekundära alkoholer, aldehyder, sterolestrar, alkansyror, terpener (skvalen) och monoestrar (vaxestrar). Vaxers kemiska sammansättning är komplex och varierar, men i allmänhet innehåller vaxer en relativt hög andel alkaner och kolvätena har långa eller mycket långa kolkedjor (från 12 upp till cirka 38 kolatomer). De är fasta inom ett stort temperaturintervall (smältpunkt mellan 60°C och 100°C). När de smälter övergår de till en vätska med låg viskositet.
De kännetecknas av att de är olösliga i vatten men lösliga i organiska, opolära lösningsmedel. Vaxer kan delas in i naturliga (av vegetabiliskt eller animaliskt ursprung), halvsyntetiska och syntetiska vaxer.
Råolja är den huvudsakliga råvaran vid kommersiell framställning av vaxer.
De två viktigaste typerna av petroleumvax är paraffinvaxer och mikrokristallina vaxer:
Paraffinvaxer har oftast en vit, luktfri, smaklös, vaxartad fast konsistens, med en typisk smältpunkt mellan 46°C och 68°C (115°F och 154°F) och en densitet på cirka 900 kg/m3. De har en makrokristallin struktur och är olösliga i vatten men lösliga i eter, bensen och vissa estrar. Paraffinvaxer utvinns ur råolja och innehåller mellan 20 och 40 kolatomer.
Mikrokristallint vax, även känt som petrolatum, används för en mängd olika tillämpningar tack vare sin lukt, färg, oljehalt, konsistens och oljebindande förmåga.
α-olefinvaxer framställs syntetiskt från eten antingen genom Fischer–Tropsch-syntes med en Ziegler–Natta-katalysator eller genom oligomerisering av eten. Alfaolefinvaxer används oftast i smörjoljetillsatser, PVC-smörjmedel, ljus, oljeborrningskemikalier och kosmetika.
Polyetenvax (PE-WAX) är en polyeten med ultralåg molekylvikt (ULMWPE) som består av kedjor av etenmonomerer. Polypropenvax (PP-WAX) är ett syntetiskt, kristallint harts med låg molekylvikt.
Både polyeten- och polypropenvaxer är homopolymerer och används främst för formulering av färgämnen för plaster.
Sampolymervaxer såsom derivat av etenvinylacetat (EVA) och etenakrylsyra (EAA) används i stor utsträckning i beläggningsformuleringar, t.ex. metalliska baslacker.
Vaxer och vaxtillsatser används i stor utsträckning för att ge en produkt smörjning/glid, reologiska egenskaper, nötningsbeständighet, antiblockerings-/barriäregenskaper, glans eller mattning, oxidationsbeständighet och/eller vattenavvisande egenskaper.
Vaxer är en vanligt förekommande komponent inom många industrier, såsom vid tillverkning av kemikalier (t.ex. fin- och specialkemikalier), beläggningar, färger och tryckfärger, tillsatser och modifieringsmedel, lim, plaster och PVC, däck och gummi, inom bygg- och anläggningsverksamhet samt vid tillverkning av termostatiska regleranordningar, förpackningar, livsmedel och kosmetika.
Naturliga vaxer:
- Animaliska vaxer: bivax, lanolin, talg, schellack, spermaceti
- Vegetabiliska vaxer: karnauba, kandelilla, soja, ricin, riskli, vaxpors, jojoba etc.
Mineralvaxer:
- Fossila vaxer: ceresin, montanvax, ozokerit, torvvax
- Petroleumvaxer: paraffin, mikrokristallina vaxer, t.ex. vaselin
Syntetiskt framställda vaxer:
Syntetiska vaxer: etenpolymerer, t.ex. polyeten och polyoleterestrar; polyolefinvaxer; fettsyraamidvaxer; klorerade naftalener; kolvätebaserade typer, t.ex. Fischer-Tropsch.
Vad är en vaxemulsion?
En vaxemulsion / vaxdispersion är en stabil blandning av ett eller flera vaxer i vatten. Eftersom vaxer och vattenbaserade vätskor normalt inte är blandbara krävs tensider och en avancerad blandningsprocess, t.ex. högeffektsultraljud, för att bilda en stabil vaxemulsion. Med korrekt terminologi måste en vaxemulsion kallas en vaxdispersion eftersom vaxer är fasta vid rumstemperatur. Men eftersom vaxemulsioner / vaxdispersioner framställs med smälta vaxer används termerna ”emulgering” och ”vaxemulsion” oftast för vattenbaserade vaxformuleringar, medan termen ”vaxdispersion” oftast beskriver en lösningsmedelsbaserad vaxformulering.
Vad är en emulsion
En emulsion är en vätska-i-vätska-dispersion av två eller flera oblandbara vätskor.
En emulsion kan förekomma i olika typer: w/o, o/w, w/o/w, o/w/o
Emulsionstypen (w/o eller o/w) kan undersökas med ett utspädningstest. Emulsionen kan endast spädas med den kontinuerliga / yttre fasen. En annan metod för att identifiera emulsionstypen är att testa ledningsförmågan. Joniska o/w-emulsioner leder inte elektrisk ström, medan o/w-emulsioner leder elektrisk ström.
För att utföra filterpapperstestet med CoCl2 impregneras ett filterpapper med CoCl2 och torkas (blå färg). Färgen på filterpapperet med CoCl2 blir rosa när en o/w-emulsion tillsätts.
Hielscher Ultrasonics tillverkar högpresterande ultraljudshomogenisatorer från laboratoriestorlek till industristorlek.