การกระจายตัวของอนุภาคนาโนในแว็กซ์ – สร้างสูตรที่มีเสถียรภาพ!
การกระจายอนุภาคนาโนลงในเมทริกซ์แว็กซ์เป็นการประยุกต์ใช้ที่สำคัญแต่ท้าทายสำหรับสารเคลือบ เครื่องสำอาง ผลิตภัณฑ์เภสัชกรรม และวัสดุเปลี่ยนสถานะ เนื่องจากแว็กซ์หลอมเหลวมีความหนืดในตัว มีสมบัติไม่ชอบน้ำ และอนุภาคนาโนมีแนวโน้มที่จะเกาะกลุ่มกันเนื่องจากมีพลังงานพื้นผิวสูง การเตรียมระบบกระจายตัวของอนุภาคนาโนในแว็กซ์จึงต้องอาศัยความรู้และความชำนาญ เครื่องโซนิเคเตอร์ของ Hielscher ให้กำลังในการกระจายตัว ความสามารถในการควบคุมที่แม่นยำ และความสามารถในการขยายขนาด เพื่อผลิตระบบกระจายตัวของอนุภาคนาโนในแว็กซ์ที่มีเสถียรภาพ ทั้งในการผลิตระดับตั้งโต๊ะและระดับอุตสาหกรรม
ความท้าทายในการกระจายอนุภาคนาโนลงในแว็กซ์
อนุภาคนาโน – ไม่ว่าจะเป็นโลหะ เซรามิก หรือวัสดุฐานคาร์บอน – รวมตัวเป็นกลุ่มได้ง่ายเนื่องจากอันตรกิริยาแวนเดอร์วาลส์ที่รุนแรง ในแว็กซ์ อันตรกิริยาเหล่านี้ยิ่งรุนแรงขึ้นเนื่องจากไม่มีตัวทำละลายมีขั้วหรือสารเพิ่มเสถียรภาพ การกวนเชิงกลหรือเครื่องโฮโมจีไนเซอร์แบบโรเตอร์–สเตเตอร์มักให้ผลไม่เพียงพอ โดยเฉพาะเมื่ออนุภาคนาโนมีเส้นผ่านศูนย์กลางต่ำกว่า 100 nm หรือเมื่อต้องใช้อนุภาคในปริมาณสูง การกระจายตัวอย่างเป็นเนื้อเดียวกันต้องอาศัยพลังงานที่ป้อนเข้าซึ่งสามารถแยกกลุ่มอนุภาคที่เกาะกันในระดับนาโน พร้อมกับทำให้พื้นผิวอนุภาคเปียกด้วยตัวกลางแว็กซ์
เครื่องโซนิเคเตอร์แบบโพรบของ Hielscher ผลิตนาโนอิมัลชันแว็กซ์พาราฟินที่มีเสถียรภาพ
กลไกการกระจายตัวระดับนาโนด้วยอัลตราโซนิก
ประสิทธิผลอันโดดเด่นของการกระจายตัวด้วยอัลตราโซนิกเกิดจากกลไกการทำงานเฉพาะของคาวิเทชันจากคลื่นเสียง เครื่องโซนิเคเตอร์แบบโพรบสร้างแรงคาวิเทชันที่รุนแรงเมื่อคลื่นอัลตราซาวนด์ความเข้มสูงและความถี่ต่ำแพร่ผ่านของเหลว เช่น แว็กซ์หลอมเหลว การยุบตัวของฟองระหว่างการเกิดคาวิเทชันทำให้เกิดจุดร้อนเฉพาะที่ซึ่งมีความชันของแรงเฉือนสูงมาก คลื่นกระแทก และลำเจ็ตขนาดจิ๋ว แรงที่เกิดขึ้นชั่วขณะเหล่านี้เอาชนะแรงยึดเกาะระหว่างอนุภาคและแยกกลุ่มอนุภาคนาโนที่เกาะกันได้อย่างมีประสิทธิภาพ
นอกจากนี้ การใช้อัลตราซาวนด์ยังช่วยให้แว็กซ์หลอมเหลวทำให้พื้นผิวอนุภาคนาโนเปียกได้ดีขึ้น การยุบตัวซ้ำ ๆ ของฟองคาวิเทชันลดแรงตึงระหว่างผิว ทำให้โมเลกุลแว็กซ์แทรกเข้าไประหว่างอนุภาคและทำให้อนุภาคมีเสถียรภาพด้วยการกีดขวางเชิงสเตอริก
การประยุกต์ใช้ระบบกระจายตัวระดับนาโนในแว็กซ์ที่เตรียมด้วยอัลตราโซนิก
ความสามารถในการกระจายอนุภาคนาโนในแว็กซ์อย่างเป็นเนื้อเดียวกันเปิดทางให้เกิดการประยุกต์ใช้ที่หลากหลาย:
- สารเคลือบและสารขัดเงา: การเติมอนุภาคนาโนซิลิกาหรืออะลูมินาช่วยเพิ่มความแข็ง ความทนทานต่อรอยขีดข่วน และความเงา
- สูตรเครื่องสำอาง: อนุภาคนาโนไทเทเนียมไดออกไซด์หรือซิงก์ออกไซด์ให้การป้องกันรังสี UV พร้อมคงความโปร่งใส
- วัสดุเปลี่ยนสถานะ (PCMs): กราฟีน ท่อนาโนคาร์บอน หรือออกไซด์ของโลหะเพิ่มค่าการนำความร้อน ช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการกักเก็บความร้อนในระบบพลังงาน
- การนำส่งยา: อนุภาคนาโนที่ชอบไขมันซึ่งฝังอยู่ในแว็กซ์ทำหน้าที่เป็นแหล่งกักเก็บที่ปลดปล่อยสารอย่างช้า ๆ ในสูตรยาทาภายนอกหรือยารับประทาน
เครื่องกระจายตัวด้วยอัลตราโซนิกสำหรับสูตรแว็กซ์ที่มีอนุภาคนาโน
การกระจายตัวด้วยอัลตราโซนิกโดยใช้เครื่องโซนิเคเตอร์แบบโพรบสมรรถนะสูงของ Hielscher เป็นเทคนิคที่ทนทานและขยายขนาดได้สำหรับการผลิตระบบกระจายตัวระดับนาโนในแว็กซ์ที่มีเสถียรภาพ
ระบบอัลตราโซนิกแบบโพรบของ Hielscher ใช้กันอย่างแพร่หลายในการแปรรูปอนุภาคนาโน เนื่องจากมีความสามารถในการแปรรูปสูง ควบคุมพารามิเตอร์ได้อย่างแม่นยำ และขยายขนาดได้แบบเชิงเส้น ไม่ว่าคุณต้องการเตรียมระบบกระจายตัวของอนุภาคนาโนในแว็กซ์แบบแบตช์หรือในการผลิตแบบอินไลน์ต่อเนื่อง Hielscher Ultrasonics มีชุดอุปกรณ์สำหรับการใช้อัลตราซาวนด์ที่เหมาะสมที่สุดให้คุณ: เครื่องโฮโมจีไนเซอร์อัลตราโซนิกสำหรับห้องปฏิบัติการเป็นเครื่องมือที่สมบูรณ์แบบสำหรับการวิจัยและพัฒนาผลิตภัณฑ์ ขณะที่เซลล์การไหลอัลตราโซนิกระดับอุตสาหกรรมช่วยให้ผลิตระบบกระจายตัวระดับนาโนในแว็กซ์ที่มีเสถียรภาพและเป็นไปตามมาตรฐานคุณภาพสูงสุดได้
เครื่องอัลตราโซนิกของ Hielscher ผลิตตามมาตรฐานคุณภาพสูงสุด โดยผสานความทนทาน ความสะดวกในการใช้งาน และการผสานเข้ากับกระบวนการอุตสาหกรรมได้ง่าย เครื่องเหล่านี้ออกแบบมาให้ทนต่อสภาพแวดล้อมที่มีความต้องการสูง ใช้เทคโนโลยีที่ล้ำสมัย ได้รับการรับรอง ISO และเป็นไปตามข้อกำหนด CE, UL, CSA และ RoHS
- ประสิทธิภาพสูง
- เทคโนโลยีที่ล้ำสมัย
- ความเชื่อถือได้และความทนทาน
- การควบคุมกระบวนการที่ปรับได้และแม่นยำ
- แบบแบตช์และแบบอินไลน์
- สำหรับทุกปริมาตร
- ซอฟต์แวร์อัจฉริยะ
- คุณสมบัติอัจฉริยะ (เช่น ตั้งโปรแกรมได้ บันทึกข้อมูล ควบคุมจากระยะไกล)
- ใช้งานง่ายและปลอดภัย
- ต้องการการบำรุงรักษาน้อย
- CIP (การทำความสะอาดโดยไม่ถอดอุปกรณ์)
ตารางด้านล่างแสดงกำลังการแปรรูปโดยประมาณของเครื่องอัลตราโซนิกของเรา:
| ปริมาตรต่อแบตช์ | อัตราการไหล | อุปกรณ์ที่แนะนำ |
|---|---|---|
| 0.5 ถึง 1.5mL | ไม่ใช้กับกรณีนี้ | VialTweeter |
| 1 ถึง 500mL | 10 ถึง 200mL/min | UP100H |
| 10 ถึง 2000mL | 20 ถึง 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 ถึง 20L | 0.2 ถึง 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 ถึง 100L | 2 ถึง 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 ถึง 150L | 3 ถึง 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 ถึง 100L/min | UIP16000hdT |
| n.a. | สูงกว่านี้ | ชุดเครื่องที่ประกอบด้วย UIP16000hdT |
ระบบทำอิมัลชันด้วยอัลตราโซนิกสำหรับการผลิตมาร์การีนระดับอุตสาหกรรม
วรรณกรรม / เอกสารอ้างอิง
- 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.
คำถามที่พบบ่อย
แว็กซ์คืออะไร?
แว็กซ์เป็นกลุ่มวัสดุอินทรีย์ที่มีสมบัติไม่ชอบน้ำ ประกอบด้วยไฮโดรคาร์บอนสายยาว เอสเทอร์ กรดไขมัน และแอลกอฮอล์เป็นหลัก แว็กซ์เป็นของแข็งที่อุณหภูมิห้อง มีจุดหลอมเหลวค่อนข้างต่ำ และแสดงพฤติกรรมการอ่อนตัวเมื่อได้รับความร้อน
แว็กซ์มีกี่ประเภท อะไรบ้าง?
แว็กซ์ประเภทต่าง ๆ ได้แก่ แว็กซ์ธรรมชาติ เช่น ขี้ผึ้ง แว็กซ์คาร์นูบา และแว็กซ์แคนเดลิลลา แว็กซ์จากแร่ที่ได้จากปิโตรเลียมหรือลิกไนต์ เช่น แว็กซ์พาราฟิน แว็กซ์ไมโครคริสตัลไลน์ และแว็กซ์มอนแทน และแว็กซ์สังเคราะห์ เช่น แว็กซ์พอลิเอทิลีน แว็กซ์ Fischer–Tropsch และแว็กซ์เอไมด์
แว็กซ์ใช้ทำอะไร?
แว็กซ์ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมต่าง ๆ โดยช่วยปกป้องพื้นผิวในสารเคลือบและสารขัดเงา ทำหน้าที่เป็นสารสร้างโครงสร้างและสารยึดประสานในเครื่องสำอางและผลิตภัณฑ์เภสัชกรรม ใช้เป็นสารช่วยถอดแบบและสารเคลือบป้องกันในอุตสาหกรรมอาหาร และทำหน้าที่เป็นสารหล่อลื่น สารยึดติด และวัสดุเปลี่ยนสถานะสำหรับกักเก็บพลังงานในการประยุกต์ใช้ทางเทคนิค
แว็กซ์ประเภทต่าง ๆ มีความเป็นขั้วอย่างไร?
ความเป็นขั้วของแว็กซ์แตกต่างกันตามองค์ประกอบทางเคมี แว็กซ์พาราฟินและแว็กซ์พอลิเอทิลีนส่วนใหญ่ไม่มีขั้ว ขี้ผึ้งและแว็กซ์คาร์นูบามีความเป็นขั้วเล็กน้อยเนื่องจากมีเอสเทอร์และกรดไขมันอิสระ ส่วนแว็กซ์มอนแทนหรือแว็กซ์สังเคราะห์บางชนิดมีความเป็นขั้วปานกลางเนื่องจากมีหมู่ฟังก์ชันคาร์บอกซิลและเอไมด์
Hielscher Ultrasonics ผลิตเครื่องโฮโมจีไนเซอร์อัลตราโซนิกสมรรถนะสูงตั้งแต่ ขนาดสำหรับห้องปฏิบัติการ ไปจนถึง ขนาดสำหรับอุตสาหกรรม