Дисперсії наночастинок у воску – створення стабільних формуляцій!
Диспергування наночастинок у воскових матрицях є важливим, але складним застосуванням у покриттях, косметиці, фармацевтиці та матеріалах з фазовим переходом. Враховуючи в’язкість розплавлених восків, їхню гідрофобність і схильність наночастинок до агломерації через високу поверхневу енергію, підготовка дисперсії наночастинок у воску потребує досвіду. Ультразвукові обробники Hielscher забезпечують диспергуючу потужність, точну керованість і масштабованість для виробництва стабільних дисперсій наночастинок у воску в лабораторних і промислових умовах.
Виклики при диспергуванні наночастинок у воску
Наночастинки – чи то металеві, керамічні, чи на основі вуглецю – легко утворюють агрегати через сильні ван-дер-ваальсові взаємодії. У воску ці взаємодії посилюються відсутністю полярних розчинників або стабілізаторів. Механічне перемішування або ротор-статорні гомогенізатори часто виявляються недостатніми, особливо коли діаметр наночастинок менший за 100 nm або коли потрібні високі навантаження. Однорідна дисперсія вимагає енергетичного впливу, здатного руйнувати агломерати на нанорівні, одночасно змочуючи поверхню частинок восковим середовищем.
Ультразвукові обробники Hielscher зондового типу виробляють стабільні наноемульсії парафінового воску.
Механізм ультразвукового нанодиспергування
Значна ефективність ультразвукового диспергування полягає в унікальному механізмі дії акустичної кавітації. Ультразвукові обробники зондового типу генерують інтенсивні кавітаційні сили, коли високочастотні, низькочастотні ультразвукові хвилі поширюються через рідину, наприклад, розплавлений віск. Колапс бульбашок під час кавітації створює локальні гарячі точки з екстремальними градієнтами зсуву, ударними хвилями та мікроструменями. Ці тимчасові сили переборюють адгезію між частинками та ефективно деагломерують кластери наночастинок.
Крім того, ультразвукова обробка покращує змочування поверхонь наночастинок розплавленим воском. Повторний колапс кавітаційних бульбашок знижує міжфазну натяжність, дозволяючи молекулам воску проникати між частинками та стабілізувати їх стерично.
Застосування воскових нанодисперсій, підготовлених ультразвуком
Здатність однорідно диспергувати наночастинки у воску відкриває шлях до різноманітних застосувань:
- Покриття та полірувальні засоби: Додавання наночастинок кремнезему або оксиду алюмінію підвищує твердість, стійкість до подряпин і блиск.
- Косметичні формуляції: Наночастинки діоксиду титану або оксиду цинку забезпечують захист від УФ-випромінювання, зберігаючи прозорість.
- Матеріали з фазовим переходом (PCM): Графен, вуглецеві нанотрубки або оксиди металів підвищують теплопровідність, покращуючи ефективність накопичення тепла в енергетичних системах.
- Доставка ліків: Ліпофільні наночастинки, вбудовані у віск, діють як резервуари з повільним вивільненням у місцевих або пероральних формуляціях.
Ультразвукові диспергатори для формуляцій «віск-наночастинки»
Ультразвукове диспергування за допомогою високоефективних ультразвукових обробників Hielscher зондового типу є надійною та масштабованою технікою для виробництва стабільних воскових нанодисперсій.
Ультразвукові системи Hielscher зондового типу широко використовуються для обробки наночастинок завдяки високій виробничій потужності, точному контролю параметрів і лінійній масштабованості. Незалежно від того, чи потрібно вам готувати дисперсії наночастинок у воску партіями, чи в безперервному потоці, Hielscher Ultrasonics пропонує ідеальну установку для ультразвукової обробки: ультразвукові лабораторні гомогенізатори є ідеальним інструментом для досліджень і розробки продуктів, тоді як ультразвукові промислові проточні комірки дозволяють виробляти стабільні воскові нанодисперсії, що відповідають найвищим стандартам якості.
Виготовлені за найвищими стандартами якості, ультразвукові обробники Hielscher поєднують надійність, зручність використання та легку інтеграцію в промислові процеси. Розроблені для роботи в складних умовах, вони мають передові технології, сертифіковані за ISO та відповідають вимогам CE, UL, CSA і RoHS.
- висока ефективність
- передові технології
- надійність та міцність
- регульований, точний контроль процесу
- партійний та потоковий режим
- для будь-якого об’єму
- інтелектуальне програмне забезпечення
- розумні функції (наприклад, програмування, протоколювання даних, дистанційне керування)
- легка та безпечна експлуатація
- низькі витрати на обслуговування
- CIP (мийка на місці)
Нижче наведена таблиця дає уявлення про приблизну виробничу потужність наших ультразвукових обробників:
| Об’єм партії | Об’ємна витрата | Рекомендовані пристрої |
|---|---|---|
| 0,5 to 1,5mL | n.a. | VialTweeter |
| 1 to 500mL | 10 to 200mL/min | UP100H |
| 10 to 2000mL | 20 to 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 to 20L | 0,2 to 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 to 100L | 2 to 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 to 150L | 3 to 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 to 100L/min | UIP16000hdT |
| n.a. | більше | кластер UIP16000hdT |
Ультразвукова емульгуюча система для промислового виробництва маргарину
Література / Посилання
- 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.
Часто задавані питання
Що таке віск?
Віск – це клас органічних гідрофобних матеріалів, що складаються переважно з довголанцюгових вуглеводнів, ефірів, жирних кислот і спиртів. Вони є твердими при кімнатній температурі, мають відносно низькі температури плавлення та демонструють поведінку пом’якшення при нагріванні.
Які існують різні типи восків?
Різні типи восків включають натуральні воски, такі як бджолиний віск, карнаубський і кандельський; мінеральні воски, отримані з нафти або лігніту, такі як парафін, мікрокристалічний і монтан-віск; та синтетичні воски, такі як поліетиленові, Фішера–Тропша та амідні воски.
Для чого використовують воски?
Воски широко використовуються в різних галузях промисловості. Вони забезпечують захист поверхні в покриттях і полірувальних засобах, діють як структурні та в’яжучі агенти в косметиці та фармацевтиці, служать розділювальними агентами та захисними покриттями в харчовій промисловості, а також функціонують як мастила, клеї та матеріали з фазовим переходом для накопичення енергії в технічних застосуваннях.
Яка полярність різних восків?
Полярність восків залежить від їхнього хімічного складу. Парафінові та поліетиленові воски переважно неполярні; бджолиний віск і карнаубський віск демонструють слабку полярність через наявність ефірів і вільних жирних кислот; монтан-віск або деякі синтетичні воски мають помірну полярність через карбоксильні та амідні функціональні групи.
Hielscher Ultrasonics виробляє високоефективні ультразвукові гомогенізатори від лабораторного до промислового розміру.