Nhũ tương sáp bằng siêu âm công suất cao
Khi sáp được phân tán thành các giọt nano với sự phân bố rất đồng đều, sẽ thu được nhũ tương sáp ổn định. Máy đồng hóa siêu âm tạo ra lực cắt lớn và là những hệ thống đáng tin cậy, bền bỉ để sản xuất nhũ tương nano sáp ổn định. Máy đồng hóa lực cắt cao của Hielscher Ultrasonics tạo ra nhũ tương vượt trội cho nhiều ngành công nghiệp.
Nhũ tương sáp bằng siêu âm
Lực cắt lớn do siêu âm tạo ra cung cấp năng lượng cần thiết để sản xuất nhũ tương sáp có kích thước nano, ví dụ như nhũ tương nano sáp parafin ổn định.
Có thể phối chế nhũ tương và hệ phân tán có kích thước dưới micromet và nano bằng cách kết hợp nhiều loại sáp để thu được sản phẩm vượt trội với các tính năng rất cao (ví dụ: bôi trơn, chống nước, chống trầy xước, v.v.).
Lực cắt lớn của máy đồng hóa siêu âm cho phép sản xuất các công thức sáp ổn định, sẵn sàng sử dụng với các hạt ở trạng thái cân bằng. Quá trình nhũ hóa bằng siêu âm tạo ra các hạt có kích thước nano và sự phân bố đồng đều.
Hệ thống siêu âm công nghiệp dạng dòng chảy để sản xuất nhũ tương sáp.
- kích thước giọt rất nhỏ, dưới 100nm
- nhũ tương ổn định
- thời hạn bảo quản dài hơn (độ ổn định cơ học)
- hiệu quả cao hơn
- kiểm soát quy trình chính xác
Nhũ tương nano sáp parafin bằng siêu âm
Cách điều chế nhũ tương sáp parafin ổn định
Nhũ tương sáp có kích thước nano được phối chế từ sáp parafin nóng chảy (làm pha dầu), nước cất và SDS anion làm chất hoạt động bề mặt. Để tạo hỗn hợp sơ bộ dạng thô, sáp, nước và chất hoạt động bề mặt được đồng hóa bằng máy khuấy từ ở 1000 rpm. Theo đó, chất hoạt động bề mặt (nồng độ 10 mg/ml nhũ tương) và nước được trộn trong cốc có mỏ và gia nhiệt đến khoảng 65–70ºC. Sau đó, sáp parafin được thêm từng giọt trong khi khuấy từ, duy trì phần thể tích pha dầu ở mức 0,2.
Sau khi thêm hết sáp parafin, nhũ tương đã được trộn sơ bộ dạng thô được xử lý bằng máy đồng hóa siêu âm để bàn UIP1000hdT (1000W, 20kHz) trong khoảng 15 min. Quá trình nhũ hóa bằng siêu âm tạo ra nhũ tương nano sáp có độ ổn định rất cao.
Đọc thêm về nhũ tương sáp parafin sử dụng phương pháp xử lý siêu âm!
Nhũ tương nano được điều chế bằng siêu âm với Hielscher UP400St
Chất hoạt động bề mặt
Nhũ tương sáp có thể được ổn định bằng cơ chế cản trở không gian (sử dụng chất nhũ hóa không ion) hoặc bằng cơ chế tĩnh điện (sử dụng chất nhũ hóa ion, thường nhất là loại anion). Việc kết hợp chất nhũ hóa anion và không ion mang lại độ ổn định tối ưu cho nhũ tương vì các hạt sáp được bảo vệ bằng cả hai cơ chế ổn định. Đây được gọi là cơ chế ổn định kết hợp tĩnh điện và cản trở không gian.
Để nhũ hóa sáp, có thể sử dụng nhiều chất nhũ hóa hoặc chất hoạt động bề mặt thuộc loại anion, cation hoặc không ion. Các chất hoạt động bề mặt được sử dụng phổ biến nhất là các ancol béo etoxyl hóa thuộc nhóm chất hoạt động bề mặt không ion, vì chúng mang lại độ ổn định đặc biệt cao trước nước cứng, biến động pH đột ngột và chất điện giải. Để đạt các đặc tính vật liệu cụ thể khác, nhiều loại khác được sử dụng, ví dụ như chất hoạt động bề mặt anion để tăng tính kỵ nước hoặc chất hoạt động bề mặt cation để tăng độ bám dính.
Lưu ý: Giọt càng nhỏ thì càng cần nhiều chất hoạt động bề mặt để bao phủ bề mặt giọt, vì tỷ số V/S của hình cầu như sau: S/V = 3/R. Với mỗi mức tăng chiều dài hoặc bán kính theo hệ số x, tức x*l hoặc x*r, diện tích bề mặt tăng theo hệ số x bình phương (x2) và thể tích tăng theo hệ số x lập phương (x3).
Phối chế với nhũ tương và hệ phân tán sáp
Máy đồng hóa siêu âm không chỉ được sử dụng để tạo nhũ tương / hệ phân tán sáp – chúng còn được sử dụng để xử lý nhũ tương sáp ở các bước tiếp theo nhằm đưa nhũ tương vào sản phẩm cuối cùng dưới dạng phụ gia (ví dụ: lớp phủ, sơn mài, sơn, mỹ phẩm, v.v.).
Máy đồng hóa siêu âm chịu tải nặng cho nhũ tương sáp ổn định
Hielscher Ultrasonics là nhà cung cấp máy đồng nhất siêu âm công suất cao nổi tiếng trên toàn thế giới. Các thiết bị siêu âm của chúng tôi được sử dụng trên toàn thế giới như những “cỗ máy chủ lực” đáng tin cậy và bền bỉ trong ngành hóa chất, dược phẩm, mỹ phẩm và thực phẩm. Các thiết bị siêu âm cấp công nghiệp của Hielscher có khả năng cung cấp liên tục biên độ rất cao lên đến 200µm (và cao hơn theo yêu cầu) để tạo ra hiện tượng xâm thực mạnh và lực cắt lớn. Nhờ đó, các nhũ tương và hệ phân tán nano siêu mịn với phân bố kích thước hạt rất hẹp được tạo ra. Các hệ thống siêu âm công suất cao của chúng tôi giúp bạn đạt được chất lượng vượt trội cho các công thức sáp.
Độ bền của các thiết bị siêu âm Hielscher cho phép vận hành 24/7 ở chế độ tải nặng và trong các môi trường khắc nghiệt.
Thiết bị siêu âm dạng đầu dò UP400St để điều chế nhũ tương sáp ổn định.
| Thể tích mẻ | Lưu lượng | Thiết bị được khuyến nghị |
|---|---|---|
| 1 đến 500mL | 10 đến 200mL/min | UP100H |
| 10 đến 2000mL | 20 đến 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 đến 20L | 0,2 đến 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 đến 100L | 2 đến 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 đến 150L | 3 đến 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 đến 100L/min | UIP16000hdT |
| n.a. | lớn hơn | cụm thiết bị UIP16000hdT |
Liên hệ với chúng tôi! / Hãy hỏi chúng tôi!
Máy đồng nhất siêu âm UIP15000hdT công suất mạnh 1,5kW với buồng dòng chảy để nhũ hóa trên đường ống.
Tài liệu / Tài liệu tham khảo
- 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.
Những điều đáng biết
Sáp là gì? Sáp được dùng để làm gì?
Sáp được định nghĩa là một nhóm hợp chất hữu cơ đa dạng, có tính kỵ nước và ở dạng rắn dễ uốn ở nhiệt độ gần nhiệt độ môi trường. Sáp được cấu thành từ nhiều thành phần khác nhau, bao gồm hydrocarbon (alkan và alken mạch thẳng hoặc phân nhánh), keton, diketon, alcohol bậc một và bậc hai, aldehyd, ester sterol, acid alkanoic, terpen (squalene) và monoester (ester sáp). Thành phần hóa học của sáp phức tạp và thay đổi, nhưng nhìn chung sáp chứa tỷ lệ alkan tương đối cao và các hydrocarbon có mạch carbon dài hoặc rất dài (từ 12 đến khoảng 38 nguyên tử carbon). Chúng ở trạng thái rắn trong một khoảng nhiệt độ rộng (điểm nóng chảy nằm trong khoảng từ 60°C đến 100°C). Khi nóng chảy, chúng chuyển thành chất lỏng có độ nhớt thấp.
Đặc trưng của chúng là không tan trong nước nhưng tan trong các dung môi hữu cơ không phân cực. Có thể phân biệt sáp thành sáp tự nhiên (có nguồn gốc thực vật, động vật), sáp bán tổng hợp và sáp tổng hợp.
Trong sản xuất sáp thương mại, dầu thô là nguồn nguyên liệu chính.
Hai loại sáp dầu mỏ quan trọng nhất là sáp paraffin và sáp vi tinh thể:
Sáp paraffin phần lớn có dạng chất rắn dạng sáp màu trắng, không mùi, không vị, với điểm nóng chảy điển hình nằm trong khoảng từ 46°C đến 68°C (115°F đến 154°F), và khối lượng riêng khoảng 900 kg/m3. Sáp có cấu trúc tinh thể lớn và không tan trong nước, nhưng tan trong ether, benzen và một số ester nhất định. Sáp paraffin có nguồn gốc từ dầu thô và chứa từ 20 đến 40 nguyên tử carbon.
Sáp vi tinh thể, còn được gọi là petrolatum, được sử dụng trong nhiều ứng dụng nhờ mùi, màu sắc, hàm lượng dầu, độ đặc và khả năng giữ dầu.
Sáp α-olefin được tổng hợp từ ethylene thông qua quá trình tổng hợp Fischer-Tropsch với chất xúc tác Ziegler-Natta hoặc thông qua quá trình oligomer hóa ethylene. Sáp alpha-olefin được sử dụng phổ biến nhất trong phụ gia dầu bôi trơn, chất bôi trơn PVC, nến, hóa chất khoan dầu và mỹ phẩm.
Sáp polyethylene (PE-WAX) là polyethylene có khối lượng phân tử siêu thấp (ULMWPE), gồm các chuỗi monomer ethylene. Sáp polypropylene (PP-WAX) là một loại nhựa tổng hợp có cấu trúc tinh thể và khối lượng phân tử thấp.
Cả sáp polyethylene và sáp polypropylene đều là homopolymer và chủ yếu được dùng để bào chế chất tạo màu cho nhựa.
Sáp copolymer như các dẫn xuất của ethylene vinyl acetate (EVA) và ethylene acrylic acid (EAA) được sử dụng rộng rãi trong các công thức lớp phủ, ví dụ như lớp sơn nền ánh kim.
Sáp và phụ gia sáp được sử dụng rộng rãi để tạo cho sản phẩm các đặc tính bôi trơn/trượt, lưu biến, chống mài mòn, chống dính chồng/tạo lớp ngăn cách, tạo độ bóng hoặc độ mờ, chống oxy hóa và/hoặc đẩy nước.
Sáp là thành phần được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp, chẳng hạn như sản xuất hóa chất (ví dụ: hóa chất tinh khiết và hóa chất chuyên dụng), lớp phủ, sơn và mực in, phụ gia và chất biến tính, chất kết dính, nhựa và PVC, lốp xe và cao su, xây dựng và thi công, thiết bị điều khiển nhiệt độ, bao bì, thực phẩm và mỹ phẩm.
Sáp tự nhiên:
- Sáp động vật: sáp ong, lanolin, mỡ động vật, nhựa cánh kiến, sáp cá nhà táng
- Sáp thực vật: sáp carnauba, candelilla, đậu nành, thầu dầu, cám gạo, thanh mai, jojoba, v.v.
Sáp khoáng:
- Sáp hóa thạch: Ceresin, Montan, Ozocerite, sáp than bùn
- Sáp dầu mỏ: parafin, sáp vi tinh thể, ví dụ như petrolatum
Sáp được tổng hợp:
Sáp tổng hợp: polyme ethylene, ví dụ như polyethylene và ether–ester của polyol; sáp polyolefin; sáp amit axit béo; naphthalene clo hóa; loại hydrocarbon, ví dụ như Fischer-Tropsch.
Nhũ tương sáp là gì?
Nhũ tương sáp / hệ phân tán sáp là hỗn hợp ổn định của một hoặc nhiều loại sáp trong nước. Vì sáp và chất lỏng chứa nước thường không hòa lẫn với nhau, cần có chất hoạt động bề mặt và quy trình trộn tinh vi, ví dụ như siêu âm công suất cao, để tạo thành nhũ tương sáp ổn định. Theo thuật ngữ chính xác, nhũ tương sáp phải được gọi là hệ phân tán sáp vì sáp ở trạng thái rắn tại nhiệt độ phòng. Tuy nhiên, vì nhũ tương / hệ phân tán sáp được điều chế từ sáp nóng chảy, các thuật ngữ “nhũ hóa” và “nhũ tương sáp” được sử dụng phổ biến nhất cho các công thức sáp gốc nước, trong khi thuật ngữ “hệ phân tán sáp” chủ yếu mô tả công thức sáp gốc dung môi.
Nhũ tương là gì
Nhũ tương là hệ phân tán lỏng trong lỏng của hai hoặc nhiều chất lỏng không hòa lẫn với nhau.
Nhũ tương có thể tồn tại ở nhiều dạng: w/o, o/w, w/o/w, o/w/o
Có thể xác định loại nhũ tương (w/o hoặc o/w) bằng phép thử pha loãng. Nhũ tương chỉ có thể được pha loãng bằng pha liên tục / pha ngoài. Một phương pháp khác để xác định loại nhũ tương là kiểm tra độ dẫn điện. Nhũ tương o/w có tính ion không dẫn điện, trong khi nhũ tương o/w dẫn điện.
Để thực hiện phép thử bằng giấy lọc CoCl2 , giấy lọc được tẩm CoCl2 rồi sấy khô (màu xanh lam). Màu của giấy lọc CoCl2 chuyển sang hồng khi thêm nhũ tương o/w.
Hielscher Ultrasonics sản xuất các máy đồng nhất hóa siêu âm hiệu suất cao với quy mô từ phòng thí nghiệm đến công nghiệp.