Homogeneizador emulsificante a vácuo: como obter dispersão em nanoescala para materiais de alta viscosidade?

Nasindústriascosmética, farmacêutica e alimentícia, alcançar a dispersão em nanoescala de materiais de alta viscosidade é um desafio crítico para melhorar a estabilidade, eficácia e qualidade sensorial do produto. Os métodos tradicionais de dispersão geralmente lutam com ineficiência, alto consumo de energia e controle impreciso do tamanho das partículas. Ohomogeneizador emulsificante a vácuo, com sua sinergia única de mecanismos mecânicos e físicos, surgiu como uma solução ideal para dispersão em nanoescala de materiais de alta viscosidade. Este artigo explora os principais caminhos tecnológicos usando insights do fabricante de misturadores Jiangsu GangBen, líder neste campo.

1. Princípios básicos de funcionamento dos homogeneizadores emulsificantes a vácuo

O homogeneizador emulsificante a vácuo atinge a dispersão através do sistema de alto cisalhamento do rotor do estator combinado com o controle do ambiente de vácuo. Durante a operação, o rotor gira a velocidades que variam de milhares a dezenas de milhares de RPM, gerando forças de cisalhamento ultra-altas na folga estreita (normalmente 0,1–1 mm) entre o estator e o rotor. Essa força de cisalhamento decompõe instantaneamente as fases óleo-água, partículas sólidas ou nanomateriais em tamanhos em escala de mícron ou mesmo nanômetro. Por exemplo, na produção de emulsões cosméticas, essa tecnologia pode reduzir os diâmetros das gotículas de óleo de mais de 100 μm para 200 nm–2 μm, formando emulsões estáveis.

Simultaneamente, o sistema de vácuo atende a três funções críticas:

Eliminação de bolhas: Evitando a oxidação e a instabilidade causadas pela incorporação de ar durante a agitação tradicional.

Facilitação da transferência de material: Usando pressão negativa para transferir com precisão matérias-primas de tanques de água e fase oleosa para o recipiente de emulsificação, minimizando o resíduo.

Ambiente de dispersão otimizado: Em condições anaeróbicas, os nanomateriais (por exemplo, grafeno, dióxido de titânio) exibem maior atividade superficial, permitindo uma dispersão mais uniforme.

2. Avanços tecnológicos para dispersão em nanoescala em materiais de alta viscosidade

O principal desafio com materiais de alta viscosidade (por exemplo, pasta de dente, cremes, nanosuspensões concentradas) reside na incapacidade das forças de cisalhamento tradicionais de penetrar efetivamente no meio viscoso, levando à reaglomeração de nanopartículas devido às forças de van der Waals. O fabricante de misturadores Jiangsu GangBen aborda isso por meio das seguintes inovações:

2.1 Projeto modular de estator-rotor para processamento em vários estágios

Os homogeneizadores emulsificantes a vácuo da GangBen apresentam módulos estator-rotor intercambiáveis adaptados a diferentes faixas de viscosidade. Por exemplo:

Materiais de baixa viscosidade: Estruturas de folga larga e vários dentes aumentam a turbulência.

Materiais de alta viscosidade: Projetos de dentes afiados e folgas estreitas garantem a penetração da força de cisalhamento, atuando diretamente nas nanopartículas.

Em testes de laboratório, seu emulsificante a vácuo de 50L alcançou um tamanho médio de partícula de 380 nm (D90 < 800 nm) para óleo de nano-silicone de 5000 mPa·s, uma referência na indústria.

2.2 Processo sinérgico de aquecimento por cisalhamento a vácuo

Para superar a aglomeração de nanopartículas impulsionada pela energia de superfície, a GangBen emprega um controle de processo de três estágios:

Estágio de pré-dispersão: Sob vácuo, a agitação de baixa velocidade (50–100 RPM) mistura nanopós com óleos básicos suavemente, evitando a dispersão de poeira por cisalhamento direto em alta velocidade.

Estágio de alto cisalhamento: O homogeneizador opera a 10.000 a 30.000 RPM enquanto aquece o material a 40 a 60 °C por meio de aquecimento elétrico ou a vapor, reduzindo a viscosidade e aumentando a fluidez.

Estágio de desgaseificação a vácuo: O bombeamento contínuo de vácuo por 10 a 15 minutos remove bolhas residuais e componentes voláteis.

Essa abordagem melhorou a estabilidade do FPS em 23% e a uniformidade da textura em uma linha de produção de nano-protetor solar para uma grande marca de cosméticos.

2.3 Dispersão assistida por modificação de superfície para nanomateriais aglomerativos

Para materiais fortemente aglomerativos, como grafeno ou nanotubos de carbono, GangBen recomenda uma modificação pré-superficial + sinergia de emulsificação a vácuo:

Pré-modificação: Os nanomateriais são tratados com líquidos iônicos ou organossilanos para introduzir grupos hidrofílicos/lipofílicos, reduzindo a energia superficial.

Dispersão sinérgica: Nanomateriais modificados são adicionados ao emulsificante a vácuo, onde altas forças de cisalhamento quebram os aglomerados residuais enquanto o vácuo impede a volatilização do modificador.

Os testes mostraram que a concentração de dispersão de grafeno no óleo de silicone aumentou de 0,5 mg/mL para 2,8 mg/mL sem sedimentação ao longo de seis meses.

3. Impacto da indústria do fabricante do misturador Jiangsu GangBen

Como pioneira em homogeneizadores emulsificantes a vácuo, a Jiangsu GangBen atendeu a mais de 3.000 clientes globais com soluções personalizadas.     Projetos notáveis incluem:

Gigante Internacional de Cosméticos: Uma linha de produção GangBen de 1000L alcançou dispersão de agente de proteção solar em nanoescala, aumentando a transmitância de luz (380 nm) de 85% para 97% e aumentando significativamente a proteção UV.

Empresa farmacêutica doméstica: Um homogeneizador GangBen em escala laboratorial de 50L permitiu o desenvolvimento de creme de nano-medicamento, aumentando as taxas de liberação de medicamentos em 40% e melhorando