Biotechnologia.pl
łączymy wszystkie strony biobiznesu
Wytwarzanie emulsji woskowych metodą wysokociśnieniowej homogenizacji
Wytwarzanie emulsji woskowych metodą wysokociśnieniowej homogenizacji

Proces wytwarzania emulsji został poznany już w wieku XX, kiedy to skojarzono teorię międzyfazowego napięcia powierzchniowego i teorię orientacji. Wtedy to metodą prób i błędów wywnioskowano, że połączenie energicznego mieszania, odpowiedniej temperatury i obecności emulgatorów pozwala na rozproszenie fazy olejowej w fazie wodnej, czyli połączenie tych dwóch niemieszających się faz w dyspersję, zwaną emulsją. Okazało się wtedy także, iż dodatek energii w postaci homogenizacji mechanicznej lub ultradźwiękowej powoduje zmniejszanie rozmiarów cząstek rozproszonych w fazie rozpraszającej, co zwiększa stabilność wytworzonej emulsji. Są jednak rodzaje emulsji, które oprócz wysokich energii mieszania, wymagają także użycia wysokiego ciśnienia. Są to głównie emulsje woskowe, w których fazą zdyspergowaną są głównie woski parafinowe, naftowe i naturalne. Woski są niezwilżalne oraz nie mają one powinowactwa z wodą, przez co produkcja emulsji woskowej stawia większe wyzwania w porównaniu do produkcji tradycyjnych emulsji.

 

Emulsje woskowe – jedne z bardziej problematycznych do wytworzenia

Emulsje woskowe charakteryzują się określonymi właściwościami fizykochemicznymi oraz zastosowaniem. Łączna zawartość wosków mieści się w zakresie od 15% do 40%. Wielkość cząstek wosku w emulsji – od 1 do 10µm. Ich gęstość mieści się w zakresie od 1 g/cm3 do 1,2 g/cm3, a ph od 3,5 do 11. Ze względu na duże różnice w gęstościach cieczy, emulsje woskowe mają skłonność do pojawiania się zjawiska śmietanowania, co wynika z dużych różnic w gęstościach faz. Trudno jest także uzyskać odpowiednią stabilność takiej emulsji w wysokich i niskich temperaturach w dłuższym przedziale czasu. Wysokie temperatury topnienia wosków wymagają także zastosowania odpowiednich temperatur oraz specjalnych rozwiązań technologicznych, które ograniczają powstawanie odrzutów po zastygających w różnych elementach maszyn woskach. Problem stanowi także uzyskanie odpowiednich rozmiarów cząstek rozproszonych w fazie rozpraszającej. Emulsje woskowe są bardzo korzystne z punktu widzenia działania kosmetycznego, ponieważ woski, ze względu na ich właściwości powlekające, stanowią skuteczną barierę ochronną przed działaniem niekorzystnych czynników zewnętrznych. Jest też dużo rodzajów różnych wosków naturalnych, które mają korzystne działanie na skórę oraz zachęcają swoim ciekawym pochodzeniem.

 

Co warunkuje uzyskanie dobrej emulsji?

W emulsjach powierzchnia, w której stykają się dwie niemieszające się ze sobą fazy, jest dość duża. W związku z tym, warunkiem stabilności emulsji jest zerowe napięcie powierzchniowe, a to można uzyskać dzięki doborowi odpowiednich emulgatorów i środków powierzchniowo czynnych, które obniżają napięcie międzyfazowe dzięki ich amfifilowej budowie i powinowactwu do obydwu faz. Obniżenie wręcz do wartości zerowej napięcia powierzchniowego warunkuje zachowanie stabilności emulsji. Równowagę hydrofilowo-lipofilową określa współczynnik HLB. W przypadku problematycznych emulsji woskowych stosowane są emulgatory typu kationowego, anionowego i niejonowego.  

 

Metody otrzymywania emulsji woskowych

Wytworzenie emulsji woskowej może przebiegać trzema metodami: dyspergowanie fazy wodnej w wosku, wosku w fazie wodnej oraz poprzez emulgowanie pod wysokim ciśnieniem. Dwie pierwsze są tradycyjnymi metodami wymagającymi doboru odpowiednich składników z uwzględnieniem specyfikacji, temperatur topnienia. Metoda ciśnieniowa dzieli się na dwie: bezpośrednią i pośrednią. Metoda bezpośrednia polega na wymieszaniu w homogenizatorze wszystkich wosków pod ciśnieniem 200 atm i w temperaturach o 10 stopni wyższych od temperatur topnienia poszczególnych wosków. Pod tym samym ciśnieniem dodaje się pozostałe składniki należące do fazy tłuszczowej. Następnie całość poddaje się intensywnemu schładzaniu pod ciśnieniem atmosferycznym przy zastosowaniu zewnętrznego wymiennika ciepła. Metoda pośrednia znajduje zastosowanie przy produkcji emulsji zawierających anionowe i kationowe środki powierzchniowo czynne. Początkowo następuje wytworzenie emulsji zawierającej wszystkie składniki bez całej ilości wody. Następnie, wprowadzana jest pozostała ilość wody w temperaturze poniżej 100 stopni, w kontrolowanych dozach, co powoduje inwersję faz. Wówczas emulsja woda w oleju staje się emulsją olej w wodzie. Kolejno, emulsja zostaje schłodzona pod ciśnieniem atmosferycznym przy zastosowaniu zewnętrznego wymiennika ciepła. Homogenizatory służące do wytwarzania emulsji woskowych pracują w zakresie od 50 do 1500 bar.

 

Właściwości emulsji wytworzonej metodą homogenizacji ciśnieniowej

Dzięki zastosowaniu metody ciśnieniowej możliwe jest uzyskanie emulsji woskowych o dobrych właściwościach fizykochemicznych i reologicznych. Wielkość cząstek fazy rozproszonej jest mniejsza niż 1 mikrometr. Emulgator stosuje się w tej metodzie w ilości od 1 do 4,5%. Emulsję powinna charakteryzować wysoka lepkość, odpowiednia lepkość dynamiczna, odpowiednie właściwości użytkowe oraz niewielkie rozmiary cząstek fazy zdyspergowanej.   

KOMENTARZE
news

<Lipiec 2020>

pnwtśrczptsbnd
29
30
NutraFood Poland
2020-06-30 do 2020-07-02
Oznaczanie probówek PCR
2020-06-30 do 2020-06-30
1
2
3
4
5
6
7
8
9
11
12
13
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
1
2
Newsletter