Hệ phân tán hạt nano trong sáp – Tạo các công thức ổn định!

Phân tán hạt nano vào nền sáp là một ứng dụng quan trọng nhưng đầy thách thức trong lĩnh vực lớp phủ, mỹ phẩm, dược phẩm và vật liệu chuyển pha. Do độ nhớt vốn có của sáp nóng chảy, tính kỵ nước của sáp và xu hướng kết tụ của hạt nano do năng lượng bề mặt cao, việc điều chế hệ phân tán hạt nano trong sáp đòi hỏi bí quyết kỹ thuật. Máy siêu âm Hielscher cung cấp công suất phân tán, khả năng kiểm soát chính xác và khả năng mở rộng quy mô để sản xuất các hệ phân tán hạt nano trong sáp ổn định ở quy mô để bàn và công nghiệp.

Những thách thức khi phân tán hạt nano vào sáp

Các hạt nano – dù là hạt kim loại, gốm hay có nền cacbon – đều dễ hình thành các tập hợp hạt do tương tác van der Waals mạnh. Trong sáp, các tương tác này trở nên mạnh hơn do thiếu dung môi phân cực hoặc chất ổn định. Khuấy cơ học hoặc máy đồng hóa rôto–stato thường không đáp ứng được yêu cầu, đặc biệt khi hạt nano có đường kính dưới 100 nm hoặc khi cần hàm lượng hạt cao. Để tạo hệ phân tán đồng nhất, cần cung cấp năng lượng đủ để phá vỡ các khối kết tụ ở thang nano, đồng thời làm ướt bề mặt hạt bằng môi trường sáp.

Cơ chế phân tán nano bằng siêu âm

Hiệu quả đáng kể của quá trình phân tán bằng siêu âm nằm ở cơ chế hoạt động độc đáo của hiện tượng xâm thực âm học. Máy siêu âm dạng đầu dò tạo ra lực xâm thực mạnh khi sóng siêu âm cường độ cao, tần số thấp truyền qua chất lỏng, ví dụ như sáp nóng chảy. Sự sụp đổ của bọt trong quá trình xâm thực tạo ra các điểm nóng cục bộ với gradient cắt cực lớn, sóng xung kích và các vi tia chất lỏng. Những lực tồn tại trong thời gian ngắn này thắng lực bám dính giữa các hạt và phá vỡ hiệu quả các cụm hạt nano kết tụ.
Ngoài ra, xử lý siêu âm tăng cường khả năng làm ướt bề mặt hạt nano bằng sáp nóng chảy. Sự sụp đổ lặp đi lặp lại của các bọt xâm thực làm giảm sức căng liên pha, cho phép các phân tử sáp thâm nhập vào giữa các hạt và ổn định chúng bằng cơ chế cản trở không gian.

Ứng dụng của hệ phân tán nano trong sáp được điều chế bằng siêu âm

Khả năng phân tán đồng nhất các hạt nano trong sáp mở ra nhiều ứng dụng:

• Lớp phủ và chất đánh bóng: Việc bổ sung hạt nano silica hoặc alumina làm tăng độ cứng, khả năng chống trầy xước và độ bóng.
• Công thức mỹ phẩm: Các hạt nano titan dioxit hoặc kẽm oxit mang lại khả năng bảo vệ trước tia UV, đồng thời duy trì độ trong suốt.
• Vật liệu chuyển pha (PCM): Graphene, ống nano cacbon hoặc oxit kim loại làm tăng độ dẫn nhiệt, cải thiện hiệu suất lưu trữ nhiệt trong các hệ thống năng lượng.
• Dẫn truyền thuốc: Các hạt nano ưa lipid được nhúng trong sáp đóng vai trò là kho chứa giải phóng chậm trong các công thức dùng ngoài da hoặc đường uống.

Máy phân tán siêu âm cho các công thức sáp chứa hạt nano

Phân tán bằng siêu âm sử dụng máy siêu âm dạng đầu dò hiệu suất cao của Hielscher là một kỹ thuật đáng tin cậy và có thể mở rộng quy mô để sản xuất các hệ phân tán nano trong sáp ổn định.
Các hệ thống siêu âm dạng đầu dò Hielscher được sử dụng rộng rãi để xử lý hạt nano nhờ năng lực xử lý cao, khả năng kiểm soát thông số chính xác và khả năng mở rộng quy mô tuyến tính. Dù bạn cần điều chế hệ phân tán hạt nano trong sáp theo mẻ hay sản xuất liên tục trên dây chuyền, Hielscher Ultrasonics đều cung cấp cấu hình xử lý siêu âm lý tưởng: máy đồng hóa siêu âm phòng thí nghiệm là công cụ hoàn hảo cho nghiên cứu và phát triển sản phẩm, trong khi các buồng dòng chảy siêu âm công nghiệp cho phép sản xuất hệ phân tán nano trong sáp ổn định, đáp ứng các tiêu chuẩn chất lượng cao nhất.
Được chế tạo theo các tiêu chuẩn chất lượng cao nhất, máy siêu âm Hielscher kết hợp độ bền vững, tính thân thiện với người dùng và khả năng tích hợp dễ dàng vào các quy trình công nghiệp. Được thiết kế để chịu được môi trường khắc nghiệt, các máy này sử dụng công nghệ tiên tiến nhất, được chứng nhận ISO và tuân thủ các yêu cầu CE, UL, CSA và RoHS.

Bảng dưới đây cho biết năng lực xử lý gần đúng của các máy siêu âm của chúng tôi:

Tài liệu / Tài liệu tham khảo

• 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.