Воскові емульсії за допомогою потужного ультразвуку
Коли віск диспергується у вигляді нанокрапель із дуже однорідним розподілом, отримують стабільну воскову емульсію. Ультразвукові гомогенізатори генерують високі зсувні сили та є надійними й міцними системами для виробництва стабільних воскових наноемульсій. Високозсувні гомогенізатори Hielscher Ultrasonics забезпечують Superior емульсії для різних галузей промисловості.
Ультразвукові воскові емульсії
Високі зсувні сили, що генеруються ультразвуком, забезпечують необхідну енергію для виробництва нанорозмірних воскових емульсій, наприклад, стабільних наноемульсій парафінового воску.
Субмікронні та наноемульсії й дисперсії можна формувати, використовуючи комбінацію різних восків, щоб отримати Superior продукт із дуже високими функціональними властивостями (наприклад, змащування, водостійкість, стійкість до подряпин тощо).
Високі зсувні сили ультразвукових гомогенізаторів дозволяють виробляти стабільні готові до використання воскові формуляції з частинками в рівновазі. Ультразвукова емульсифікація призводить до утворення нанорозмірних частинок і однорідного розподілу.
Промислова ультразвукова проточна система для виробництва воскових емульсій.
- дуже малий розмір крапель менше 100nm
- стабільні емульсії
- подовжений термін придатності (механічна стабільність)
- вища ефективність
- точне управління процесом
Наноемульсія парафінового воску за допомогою ультразвуку
Як приготувати стабільну емульсію парафінового воску
Нанорозмірна воскова емульсія формується з розплавленого парафінового воску (як олії), дистильованої води та аніонного SDS як поверхнево-активної речовини. Для утворення грубої попередньої суміші віск, вода та поверхнево-активна речовина гомогенізуються за допомогою магнітної мішалки при 1000 rpm. Тому поверхнево-активна речовина (концентрація 10 mg/ml емульсії) і вода змішуються в стакані та нагріваються приблизно до 65–70ºC. Потім парафіновий віск додається краплями, підтримуючи об’ємну частку олії 0,2 при магнітному перемішуванні.
Після повного додавання парафінового воску грубо попередньо змішана емульсія обробляється ультразвуком за допомогою настільного ультразвукового гомогенізатора UIP1000hdT (1000W, 20kHz) протягом приблизно 15 хв. Процес ультразвукової емульсифікації призводить до утворення наноемульсії воску з дуже високою стабільністю.
Читайте більше про емульсію парафінового воску за допомогою ультразвукової обробки!
Ультразвукові наноемульсії, підготовлені за допомогою Hielscher UP400St
Поверхнево-активні речовини
Воскові емульсії можна стабілізувати або стеричним механізмом (використовуючи неіоногенні емульгатори), або електростатичним механізмом (використовуючи іоногенні емульгатори, найчастіше аніонні). Поєднання аніонних і неіоногенних емульгаторів забезпечує емульсії оптимальну стабільність, оскільки воскові частинки захищені обома механізмами стабілізації. Це називається електростеричним механізмом стабілізації.
Для емульсифікації восків можна використовувати різні емульгатори або поверхнево-активні речовини, які можуть бути аніонними, катіонними або неіоногенними. Найчастіше використовуваними поверхнево-активними речовинами є етоксилати жирних спиртів як неіоногенні поверхнево-активні речовини, оскільки вони забезпечують надзвичайну стабільність проти жорсткої води, pH-шоків і електролітів. Для інших специфічних характеристик матеріалу використовуються різні інші, наприклад, аніонні поверхнево-активні речовини для кращої гідрофобності або катіонні поверхнево-активні речовини для кращої адгезії.
Примітка: Чим менші краплі, тим більше поверхнево-активної речовини потрібно для покриття поверхні крапель, оскільки відношення V/S для сфер є наступним: S/V = 3/R. Для будь-якого збільшення, x*l або x*r у довжині або радіусі, збільшення площі поверхні становить x у квадраті (x2) і збільшення об’єму x у кубі (x3).
Формулювання з восковими емульсіями та дисперсіями
Ультразвукові гомогенізатори використовуються не тільки для формування воскових емульсій / дисперсій – вони використовуються для обробки воскових емульсій на подальших етапах, щоб включити емульсію як добавку до кінцевого продукту (наприклад, покриттів, лаків, фарб, косметики тощо).
Важкі ультразвукові гомогенізатори для стабільних воскових емульсій
Hielscher Ultrasonics – світовий постачальник високопотужних ультразвукових гомогенізаторів. Наші ультразвукові апарати використовуються у всьому світі як надійні та витривалі «робочі конячки» в хімічній, фармацевтичній, косметичній та харчовій промисловості. Промислові ультразвукові апарати Hielscher здатні безперервно генерувати дуже високі амплітуди до 200µm (і вище на замовлення), щоб створювати інтенсивну кавітацію та високий зсув. Як результат, виробляються ультрадрібні нано-емульсії та дисперсії з дуже вузьким розподілом частинок. Наші системи високопотужного ультразвуку допомагають вам отримати вищу якість ваших воскових формуляцій.
Витривалість ультразвукових апаратів Hielscher дозволяє працювати цілодобово (24/7) у важких умовах та в складних середовищах.
Ультразвуковий апарат зондового типу UP400St для приготування стабільних воскових емульсій.
| Об’єм партії | Об’ємна витрата | Рекомендовані пристрої |
|---|---|---|
| 1–500mL | 10–200mL/min | UP100H |
| 10–2000mL | 20–400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1–20L | 0,2–4L/min | UIP2000hdT |
| 10–100L | 2–10L/min | UIP4000hdT |
| 15–150L | 3–15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10–100L/min | UIP16000hdT |
| n.a. | більший | кластер UIP16000hdT |
Зв’яжіться з нами! / Запитайте нас!
Потужний 1,5kW ультразвуковий гомогенізатор UIP15000hdT з проточною коміркою для інлайн-емульгації.
Література / Посилання
- 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.
Факти, які варто знати
Що таке віск? Для чого використовуються воски?
Воски визначаються як різноманітний клас органічних сполук, які є гідрофобними, пластичними твердими речовинами при кімнатній температурі. Воски складаються з різних компонентів, включаючи вуглеводні (нормальні або розгалужені алкани та алкени), кетони, дикетони, первинні та вторинні спирти, альдегіди, естери стеролів, алканові кислоти, терпени (сквален) та моноестери (воскові естери). Хімічний склад восків є складним і варіюється, але загалом воски містять відносно високу частку алканів, а вуглеводні мають довгі або дуже довгі вуглецеві ланцюги (від 12 до приблизно 38 атомів вуглецю). Вони є твердими у широкому діапазоні температур (температура плавлення між 60°C і 100°C). У розплавленому стані вони перетворюються на рідину з низькою в’язкістю.
Вони характеризуються нерозчинністю у воді, але розчинністю в органічних неполярних розчинниках. Воски можна розрізнити на природні (рослинні, тваринні), напівсинтетичні та синтетичні воски.
Для комерційного виробництва восків основним джерелом є нафта.
Два найважливіші типи нафтових восків – це парафінові та мікрокристалічні воски:
Парафінові воски зазвичай мають білу, без запаху, без смаку, воскову тверду консистенцію, типову температуру плавлення між 46°C і 68°C (115°F і 154°F) та щільність приблизно 900 kg/m3. Вони мають макрокристалічну структуру і нерозчинні у воді, але розчинні в ефірі, бензолі та деяких естерах. Парафінові воски отримують з нафти і містять від 20 до 40 атомів вуглецю.
Мікрокристалічний віск, також відомий як вазелін, використовується для різноманітних застосувань завдяки своєму запаху, кольору, вмісту олії, консистенції та властивості зв’язувати олію.
α-олефінові воски синтетично отримують з етилену шляхом синтезу Фішера-Тропша з каталізатором Ціглера-Натта або шляхом олігомеризації етилену. α-Олефінові воски найчастіше використовуються в добавках до мастил, пластифікаторах ПВХ, свічках, хімікатах для буріння нафтових свердловин та косметиці.
Поліетиленовий віск (PE-WAX) – це поліетилен наднизької молекулярної маси (ULMWPE), що складається з ланцюгів мономерів етилену. Поліпропіленовий віск (PP-WAX) – це синтетична кристалічна смола низької молекулярної маси.
І поліетиленові, і поліпропіленові воски є гомополімерами та переважно використовуються для формування барвників для пластику.
Сополимерні воски такі як похідні етиленвінілацетату (EVA) та етиленакрилової кислоти (EAA), широко поширені у формуляціях покриттів, наприклад, металевих базових покриттів.
Воски та воскові добавки широко використовуються для надання продукту змащення/ковзання, реології, стійкості до абразивного зносу, антиблокувальних/бар’єрних властивостей, полірування або матування, стійкості до окиснення та/або водовідштовхувальних властивостей.
Воски є широко використовуваним компонентом у багатьох галузях промисловості, таких як виробництво хімікатів (наприклад, тонка та спеціальна хімія), покриття, фарби та чорнила, добавки та модифікатори, адгезиви, пластмаси та ПВХ, шини та гума, будівництво та монтаж, термостатичні регулюючі пристрої, упаковка, харчова промисловість та косметика.
Природні воски:
- Тваринні воски: бджолиний віск, ланолін, таллоу, шелах, спермацет
- Рослинні воски: карнаубський, канделильський, соєвий, рициновий, рисовий, воскоподібний, жожоба тощо.
Мінеральні воски:
- Викопні воски: церезин, монтан, озокерит, торф’яний віск
- Нафтові воски: парафін, мікрокристалічні воски, наприклад, вазелін
Синтезовані воски:
Синтетичні воски: етиленові полімери, наприклад, поліетилен та поліефірні естери; поліолефінові воски; воски жирних кислотних амідів; хлоровані нафталіни; вуглеводневого типу, наприклад, Фішера-Тропша.
Що таке воскова емульсія?
Воскова емульсія / воскова дисперсія – це стабільна суміш одного або кількох восків у воді. Оскільки воски та водні рідини зазвичай не змішуються, для утворення стабільної воскової емульсії необхідні поверхнево-активні речовини та складний процес змішування, наприклад, потужний ультразвук. У правильних термінах воскову емульсію слід називати восковою дисперсією, оскільки воски є твердими при кімнатній температурі. Але оскільки воскові емульсії / дисперсії готуються з розплавлених восків, терміни “емульгація” та “воскова емульсія” найчастіше використовуються для водних воскових формуляцій, тоді як термін “воскова дисперсія” переважно описує воскову формуляцію на основі розчинника.
Що таке емульсія
Емульсія – це дисперсія рідини в рідині двох або більше незмішуваних рідин.
Емульсія може існувати в різних типах: в/о, о/в, в/о/в, о/в/о
Тип емульсії (в/о або о/в) можна визначити за допомогою тесту на розведення. Емульсію можна розводити лише безперервною / зовнішньою фазою. Іншим методом ідентифікації типу емульсії є тестування електропровідності. Іонні емульсії о/в не проводять струм, тоді як емульсії о/в проводять електричний струм.
Для використання тесту з CoCl2 фільтрувальним папером, фільтрувальний папір просочують CoCl2 і висушують (синій колір). Колір CoCl2 на фільтрувальному папері змінюється на рожевий при додаванні емульсії о/в.
Hielscher Ultrasonics виробляє високопродуктивні ультразвукові гомогенізатори від лабораторного до промислового розміру.