Qual o melhor agitador mecânico para trabalhar com nanopartículas?
A criação de formulações que integram nanopartículas é um campo da ciência e da engenharia que exige um profundo entendimento de cálculos estruturados de fluidodinâmica, com a tecnologia embarcada de agitadores mecânicos para qualificar e tipificar a homogeneização.
A característica mais intrigante e desafiadora das nanopartículas reside no fato de que, devido ao seu tamanho extremamente reduzido, elas exibem propriedades físicas e químicas únicas. Essa singularidade advém principalmente da sua elevadíssima proporção entre área superficial e volume, e de uma percentagem significativamente maior de átomos localizados em sua superfície.
Esses atributos as tornam incrivelmente valiosas em diversas aplicações, mas, paradoxalmente, representam um obstáculo considerável para sua manipulação e, sobretudo, para entregar uma homogeneização eficaz sem a necessidade de trabalhar com vácuo ou pressão.
Navegue com Facilidade:
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- O que é uma nanopartícula?
- Para que servem as nanopartículas?
- Para que serve uma nanopartícula em cosméticos?
- Por que nanopartículas tendem a se aglomerar?
- Hélices para trabalhar com nanopartículas
- O melhor agitador para nanopartículas?
O que é uma nanopartícula?
Nanopartículas são partículas cujo tamanho situa-se entre 1 e 100 nanômetros (nm). Em nanotecnologia, uma partícula é definida como um pequeno objeto que se comporta como uma unidade inteira em termos de seu transporte e propriedades.
As nanopartículas podem exibir propriedades relacionadas com o tamanho, as quais diferem significativamente daquelas observadas em partículas finas ou materiais volumosos. Embora o tamanho da maioria das moléculas se encaixe nessa definição, as moléculas individuais não são geralmente referidas como nanopartículas.
Para se ter uma ideia, um nanómetro é um bilionésimo de metro.
Para que servem as nanopartículas?
A sua utilidade reside nas propriedades únicas que exibem devido ao seu tamanho extremamente reduzido, que são diferentes das propriedades do mesmo material em escala maior (macroescala). Esta alteração de propriedades pode ser física, química ou biológica.
As nanopartículas servem para uma vasta gama de aplicações em diversas áreas:
Medicina e Saúde (Nanomedicina):
Entrega de Medicamentos: Podem ser usadas para transportar medicamentos diretamente para células específicas, minimizando os efeitos secundários em tecidos saudáveis.
Diagnóstico: Utilizadas como agentes de contraste em exames de imagem ou em testes de diagnóstico rápidos para detetar doenças precocemente.
Terapias: Em algumas terapias, como a fototermia, onde nanopartículas são aquecidas por laser para destruir tumores.
Eletrónica e Informática:
Dispositivos Mais Pequenos e Rápidos: Permitem a criação de componentes eletrónicos mais compactos e eficientes, como transístores e chips de memória.
Ecrãs: Melhoria da qualidade de cor e eficiência energética em ecrãs de televisores e smartphones.
Materiais e Manufatura:
Materiais Mais Fortes e Leves: Adicionadas a polímeros e metais para criar materiais com maior resistência, durabilidade e menor peso.
Revestimentos: Produção de revestimentos mais resistentes a arranhões, repelentes de água ou autolimpantes para diversas superfícies.
Energia:
Células Solares: Aumento da eficiência na conversão de luz solar em eletricidade.
Baterias: Melhoria da capacidade de armazenamento e velocidade de carregamento em baterias.
Meio Ambiente:
Purificação de Água e Ar: Utilizadas para filtrar poluentes e contaminantes devido à sua alta área superficial e reatividade.
Sensores: Desenvolvimento de sensores altamente sensíveis para detetar poluentes no ambiente.
Nanopartículas em Cosméticos
As nanopartículas são amplamente utilizadas em produtos de cuidado pessoal para modificar suas propriedades, como cor, transparência, solubilidade e reatividade química. Elas também são empregadas em protetores solares para proteger a pele da luz ultravioleta.
As nanopartículas mais comuns em cosméticos são o dióxido de titânio e o óxido de zinco. Embora alguns relatórios sugiram que essas substâncias são inofensivas em cosméticos, a preocupação reside no seu tamanho microscópico, que pode permitir que elas ultrapassem a barreira da pele e atinjam a corrente sanguínea ou entrem no organismo por inalação, potencialmente danificando o DNA e as células através da produção de radicais livres. A pele com feridas, cortes ou queimaduras é ainda mais suscetível à absorção.
Para que serve uma nanopartícula em cosméticos?
As nanopartículas em cosméticos e produtos de cuidado pessoal servem para melhorar a eficácia e o desempenho desses produtos. Elas são partículas extremamente pequenas (na escala nanométrica) que permitem que os princípios ativos penetrem mais profundamente na pele, onde podem atuar de forma mais eficaz.
Os principais benefícios e funções das nanopartículas em cosméticos incluem:
Melhora da penetração dos ativos: Devido ao seu tamanho minúsculo, as nanopartículas conseguem atravessar as barreiras da pele e entregar os ingredientes ativos nas camadas mais profundas, potencializando seus efeitos.
Estabilidade de ativos sensíveis: Elas podem encapsular e proteger ingredientes sensíveis (como a vitamina C) da degradação causada pelo ambiente, garantindo que mantenham sua eficácia por mais tempo.
Liberação controlada e prolongada: As nanopartículas podem liberar os ativos de forma gradual e contínua na pele, prolongando a ação do produto e otimizando seus resultados.
Aumento da eficácia: Ao melhorar a penetração e a estabilidade dos ativos, as nanopartículas tornam os produtos mais eficazes no tratamento de problemas como rugas, acne, hiperpigmentação e na hidratação da pele.
Melhora da proteção solar: Nanopartículas de dióxido de titânio e óxido de zinco são usadas em protetores solares para atuar como filtros físicos contra a radiação UV, oferecendo alta proteção sem deixar resíduos brancos na pele.
Melhora sensorial e textura: Podem contribuir para uma melhor textura do produto e um acabamento mais agradável na pele.
Redução de efeitos indesejáveis: Em alguns casos, podem ajudar a diminuir a toxicidade ou alergenicidade de certos ativos.
Por que nanopartículas tendem a se aglomerar nas misturas?
Por que ocorre a aglomeração? As nanopartículas interagem umas com as outras através de forças atrativas (como forças de Van der Waals e eletrostáticas fracas). Assim, ao serem misturadas em um meio líquido, elas facilmente formam flocos ou agregados, fenômeno conhecido como floculação.
Esses aglomerados prejudicam a estabilidade da dispersão – em vez de uma suspensão uniforme, formam-se grumos que podem sedimentar.
Estudos destacam que nanomateriais (como óxidos metálicos, nanoargilas, nanotubos de carbono etc.) tendem a ficar aglomerados quando misturados em líquidos, sendo necessários métodos eficazes de desaglomeração para superar as forças de ligação entre partículas.
Em outras palavras, sem a técnica adequada, a prometida vantagem dos materiais nanométricos pode se perder devido à má distribuição e sedimentação.
No contexto de alimentos e bebidas, por exemplo, dispersões em escala nano oferecem oportunidades como encapsular nutrientes ou aromas de forma mais eficaz e estável. Nanopartículas lipídicas sólidas podem servir como sistemas coloidais para encapsular e proteger componentes funcionais (vitaminas, antioxidantes etc.).
Já as nanoemulsões – emulsões com gotículas em escala nanométrica – costumam ser transparentes ou translúcidas e altamente estáveis contra sedimentação, devido ao tamanho extremamente pequeno das gotas.
Essas aplicações só são viáveis se conseguirmos uma dispersão uniforme, sem flocos. Portanto, o desafio técnico está em quebrar aglomerados de nanopartículas e mantê-las suspensas de forma homogênea.
Com base em todas essas informações que mostram as dificuldades existentes em misturar nanopartículas, é evidente que haja uma necessidade alta de ter um agitador mecânico que seja especializado para nano.
Vamos responder agora o porque é nescessário ter esse agitador e Qual a indicação a Só Hélices tem para você comprar com segurança.
Por que um agitador mecânico especializado é necessário?
Os agitadores mecânicos são dispositivos projetados para misturar fluidos e promover a homogeneização de soluções por meio de energia mecânica.
Em termos simples, um agitador mecânico típico consiste de um motor acoplado a uma haste com uma pá ou hélice, que força a convecção e a mistura uniforme do meio líquido (ou mesmo gasoso). No dia a dia industrial, existem diversos tipos de agitadores mecânicos – cada um com geometrias de hélices/pás distintas e adequados a propósitos específicos (mistura de líquidos de diferentes viscosidades, manutenção de suspensões).
Porém, nem todos os agitadores mecânicos são eficazes para dispersar nanopartículas. Devido à tendência de floculação mencionada, é fundamental que o agitador gere forças de cisalhamento (shear) suficientemente intensas para romper as ligações fracas que mantêm as partículas unidas.
Agitadores convencionais muitas vezes priorizam a mistura macroscópica (ou seja, fazer o líquido todo circular) em vez da mistura microscópica necessária para separar nanopartículas aglomeradas. Se o equipamento não tiver um design e velocidade adequados, pode simplesmente movimentar o líquido sem desfazer os flocos nanométricos – resultando em suspensões instáveis e ineficientes.
Em formulações nanométricas, precisamos de um equilíbrio entre fluxo e turbulência: fluxo suficiente para distribuir partículas por todo o tanque (evitando “pontos mortos” de estagnação) e turbulência/cisalhamento suficiente para quebrar os aglomerados.
Agitadores de alta rotação e geometria especial conseguem produzir micro-turbulências e tensões de cisalhamento localizadas, essenciais para dispersar partículas tão pequenas. Já agitadores de desenho simples ou de grande diâmetro (operando a baixas rotações) tendem a não atingir essas escalas de mistura fina.
Além do agitador mecânico em si, também é de suma importância que se tenha uma hélice que seja prórpria para esse tipo de mistura. Por isso, vamos responder essa pergunta agora: Qual o misturador industrial (hélice) mais indicado para a mistura de nanopartículas?
Também temos esse artigo que dá 4 motivos para o seu laboratório ter um agitador mecânico. Acesse o post
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