Ultrasonik Kavitasiya ilə emulsifikasiya
A wide range of intermediate and consumer products – such as cosmetics, skin lotions, pharmaceutical ointments, varnishes, paints, lubricants, and fuels – are based wholly or in part on emulsions.
Hielscher manufactures the world’s largest industrial ultrasonic liquid processors for the efficient emulsification of large-volume streams in production plants.
How Ultrasonic Emulsification Works
Laboratory Applications: Laboratoriya şəraitində, ultrasəsin emulsiya gücü ultrasəs homogenizasiyası və emulsifikasiyası ilə bağlı müxtəlif faydalar səbəbilə uzun müddət tanınmış və tətbiq edilmişdir.
Texnologiya
Etibarlı ultrasəs emulsifikasiyası, sonotrodlar kimi də tanınan ultrasəs probundan istifadə edilməsinə əsaslanır. Proses aşağıdakı kimi işləyir:
- Ultrasəs birləşməsi: Ultrasonik prob vasitəsilə yüksək intensivlikdə ultrasəs mayelərə ötürülür və akustik kavitasiya yaradılır.
- Kavitasiya təsiri: Ultrasonik və ya akustik kavitasiya yüksək kəsmə qüvvələri yaradır ki, bu da böyük damcıları nano ölçülü damcılara parçalamaq üçün tələb olunan enerjini təmin edir.
- Emulsiya yaradılması: İki və ya daha çox maye fazalar bərabər altmikron və ya nano-emulsiya üçün qarışdırılır.
Axın-üzr texnologiyası vasitəsilə sənaye miqyasında genişləndirmə: Ultrasəs axın hüceyrələrinin istifadəsi nanoemulsiyaların sənaye istehsalına xətti miqyasda genişləndirilməyə imkan verir, böyük həcmli axınları fasiləsiz axınla emal edir.
UP400ST ultrasəs emulsiyası ilə şəffaf nano-emulsiyanın ultrasəs hazırlanması.
Ultrasəs emulsiyasının üstünlükləri
Zond tipli ultrasəs cihazından istifadə edərək ultrasəs emulsifikasiyası digər emulsiya üsulları ilə müqayisədə bir sıra üstünlüklərə malikdir:
- Təkmilləşdirilmiş emulsiya sabitliyi: Ultrasəs emulsifikasiyası daha kiçik damcı ölçüləri və daha vahid damcı paylanması yaradır, nəticədə emulsiyanın sabitliyi yaxşılaşır və saxlama müddəti daha uzun olur. Mikronaltı və nano ölçülü damcılar güclü ultrasəs istifadə edərək etibarlı şəkildə istehsal edilə bilər.
- Enerji səmərəliliyi: Ultrasəs emulsifikasiyası digər emulsifikasiya üsullarına nisbətən daha az enerji tələb edir, bu da onu daha enerjiyə qənaət edən bir prosesdir.
- Ölçeklenebilirlik: Ultrasəs emulsifikasiyası tələb olunan həcmdən asılı olaraq asanlıqla böyüdülə və ya azaldıla bilər ki, bu da onu həm laboratoriya, həm də sənaye tətbiqləri üçün çox yönlü bir proses halına gətirir.
- Vaxta qənaət: Ultrasonik emulsiya çox sürətli bir proses ola bilər, emulsiyalar mayelərdən, həcmdən və avadanlıqdan asılı olaraq saniyə-dəqiqə ərzində əmələ gəlir.
- Səthi aktiv maddələrə olan ehtiyac azalır: Ultrasəs emulsifikasiyası emulsiyaları sabitləşdirmək üçün tez-tez tələb olunan səthi aktiv maddələrə olan ehtiyacı azalda bilər. Bununla belə, azaldılmış damcı ölçüsü ilə hissəciyin səth sahəsi artır və daha çox sahə səthi aktiv maddə ilə örtülməlidir. Ultrasonikasiya alternativ və yeni emulqatorlar da daxil olmaqla demək olar ki, hər cür səthi aktiv maddə ilə uyğun gəlir.
- Minimum və idarə olunan istilik istehsalı: Ultrasəs emulsifikasiyası qeyri-termal prosesdir və emal zamanı istilik əmələ gəlməsinin qarşısını almaq və ya kiçik dərəcədə azaltmaq olar. Beləliklə, həssas birləşmələrin və ya inqrediyentlərin termal deqradasiyası riski azalır.
Zond tipli ultrasəs cihazından istifadə edərək ultrasəs emulsifikasiyasının üstünlükləri onu qida və içki, əczaçılıq, kosmetika, incə kimyəvi maddələr və yanacaqlar daxil olmaqla müxtəlif sahələrdə emulsiya üçün əla seçim edir.
Ultrasonik mayonez emulsifikasiyası haqqında daha çox oxuyun!
Sonikasiyadan istifadə edərək parafin mumu emulsiyalarının istehsalı haqqında daha çox oxuyun!
Ultrasəsdən istifadə edərək istehsal olunan Dizeldə Su Emulsiyaları haqqında daha çox oxuyun!
DLS ölçümü ultrasəs vasitəsilə istehsal olunmuş gül yağı-suda emulsiyanın vahid damcı ölçüsü paylanmasını göstərir.
Emulsiya nədir?Emulsiyalar iki və ya daha çox qarışmayan mayelərin dispersiyalarıdır. Yüksək intensiv ultrasəs ikinci fazada (davamlı faza) kiçik damcılarda maye fazı (dispers faza) səpmək üçün lazım olan gücü təmin edir. Dağılma zonasında partlayan kavitasiya qabarcıqları ətrafdakı mayedə intensiv şok dalğalarına səbəb olur və yüksək maye sürətinə malik maye jetlərinin əmələ gəlməsi ilə nəticələnir.
nano-emulsiyalar – Sonikatorlar üçün Güc Tətbiqi
Nanoemulsiyalar adətən ölçüsü 100 nanometrdən az olan damcıları olan emulsiyalardır. Nanoemulsiyalar adi emulsiyalardan bir sıra üstünlüklər təklif edir, o cümlədən unikal funksional xüsusiyyətlər, daha yüksək sabitlik, şəffaflıq və s.
Ultrasonication, xüsusilə nanoemulsiyaların meydana gəlməsinə gəldikdə, ənənəvi emulsiya texnologiyalarından üstündür. Bu, ultrasəsin yüksək səmərəli və enerji tutumlu iş prinsipi ilə bağlıdır.
Aşağıdakı videoda UP400S laboratoriya ultrasəs cihazından istifadə etməklə neftin (sarı) suya (qırmızı) emulsiyalaşdırılması prosesi göstərilir.
Ultrasəs emulsifikasiyasının iş prinsipi
Akustik Kavitasiya: Ultrasəs Emulsifikasiyası və Nano-Emulsifikasiyanın Sürücü Gücü
Ultrasəs emulsifikasiyası akustik kavitasiyanın güclü təsirlərinə əsaslanır, bu fenomen yüksək intensivlikli ultrasəs dalğalarının mayedən keçməsi zamanı baş verir. Bu proses zamanı mikroskopik qabarcıqlar əmələ gəlir, böyüyür və sonra şiddətlə çökür. Bu baloncukların imploziv çökməsi ekstremal lokal şəraitlər yaradır, o cümlədən intensiv təzyiq və temperatur gradiyenləri, yüksək kəsilmə qüvvələri, şok dalğaları və maye mikro-jetlər. Bu qüvvələr böyük hissəcikləri, damcıları və aglomeratları daha kiçik strukturlara effektiv şəkildə parçalayır.
Soldakı şəkil maye dolu şüşə sütunda işləyən UIP1000hdT ultrasəs prosessoru (1000 W) tərəfindən yaradılan akustik kavitasiyanı göstərir.
Akustik Kavitasiya Emulsifikasiyanı Necə Yaxşılaşdırır
Həm emulsifikasiyada, həm də nano-emulsifikasiyada, kavitasiyanın intensivliyi damcı ölçüsünü təyin etməkdə əsas amildir. Kavitasiyanın köpükləri çöktükcə, yaranan kəsmə qüvvələri daha böyük damcıları getdikcə daha kiçik hissələrə parçalayır. Eyni zamanda, lokal təzyiq və temperatur dəyişiklikləri yeni damcıların əmələ gəlməsini təşviq edir və emulsiyanın stabilləşməsinə kömək edir.
Damcıların parçalanması və stabilləşməsinin bu birləşməsi ultrasəs texnologiyasının yüksək dərəcədə vahid emulsiyalar və istisna dərəcədə incə damcı ölçüsü paylanmaları yaratmasına imkan verir.
Su-zeytun yağı emulsiyalarının damcı ölçüsündə paylanması (a) klassik homogenizasiya üsulu (b) ultrasəs homogenizasiyası (UP400S istifadə ilə) metodu ilə MD, WPI və onların qarışığı ilə, 40% quru maddə və 9% yağ (w/w) tərkibi. Ultrasəs emulsiyası əhəmiyyətli dərəcədə kiçik damcılar, daha az krem və daha yaxşı ümumi emulsiya sabitliyi ilə nəticələnir.
(tədqiqat və qrafiklər: Zungur et al., 2015)
Effektiv emulsiya üçün ultrasəs probları
Hielscher, mayelərin toplu və axın rejimində səmərəli emulsifikasiyası və dağıdılması üçün geniş çeşidli zond tipli ultrasəs cihazları və aksesuarları təklif edir.
Hər biri 16.000 vata qədər olan bir neçə ultrasəs prosessorundan ibarət sistemlər bu laboratoriya tətbiqini davamlı axın və ya partiyada incə dispers emulsiyaları əldə etmək üçün səmərəli istehsal üsuluna çevirmək üçün lazım olan gücü təmin edir. – yeni ağız klapan kimi bugünkü ən yaxşı yüksək təzyiqli homogenizatorlarla müqayisə edilə bilən nəticələr əldə etmək. Davamlı emulsifikasiyada bu yüksək səmərəliliyə əlavə olaraq, Hielscher ultrasəs cihazları çox az texniki xidmət tələb edir və işləmək və təmizləmək çox asandır. Ultrasəs həqiqətən təmizləmə və yaxalamağa kömək edir. Ultrasəs gücü tənzimlənə bilər və xüsusi məhsullara və emulsiya tələblərinə uyğunlaşdırıla bilər. Qabaqcıl CIP (təmiz yerində) və SIP (yerində sterilizasiya) tələblərinə cavab verən xüsusi axın hüceyrə reaktorları da mövcuddur.
MultiSonoReactor MSR-4 yüksək ötürmə qabiliyyəti olan (nano-)emulsiyalaşma prosesləri üçün uyğun olan sənaye daxili homogenləşdirmə reaktorudur.
| Partiya Həcmi | Axın | Tövsiyə olunan Cihazlar |
|---|---|---|
| 0,5 - 1,5 ml | na | VialTweeter | 1 ilə 500 ml | 10-200 ml/dəq | UP100H |
| 10 ilə 2000 ml | 20 - 400 ml/dəq | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 - 20L | 0.2 ilə 4L/dəq | UIP2000hdT |
| 10-100 l | 2 ilə 10 L / dəq | UIP4000hdT |
| 15-150 l | 3 ilə 15 L/dəq | UIP6000hdT |
| na | 10-100 l/dəq | UIP16000 |
| na | daha böyük | klaster UIP16000 |
Bizimlə əlaqə saxlayın! / Bizdən soruşun!
MultiPhaseCavitator (MPC48)
MultiPhaseCavitator, Hielscher ultrasəsli axın hüceyrəsi reaktorları ilə uyğun olan güclü bir aksesuardır: MPC48 əlavəedici istifadə edilərkən, dispers faza 48 kanül vasitəsilə nazik maye telləri kimi ultrasəs istilik zonasına vurulur, burada dispers faza və davamlı faza nanoemulsiya şəklində kiçik damlalar kimi qarışır.
MultiPhaseCavitator-un emulsiya olunmanı necə yaxşılaşdırdığını kəşf edin!
Hielscher Ultrasonics, laboratoriya, pilot və sənaye miqyasında qarışdırma tətbiqləri, dispersiya, emulsiya və ekstraksiya üçün yüksək performanslı ultrasəs homogenizatorları istehsal edir.
Ədəbiyyat / İstinadlar
- Ahmed Taha, Eman Ahmed, Amr Ismaiel, Muthupandian Ashokkumar, Xiaoyun Xu, Siyi Pan, Hao Hu (2020): Ultrasonic emulsification: An overview on the preparation of different emulsifiers-stabilized emulsions. Trends in Food Science & Technology Vol. 105, 2020. 363-377.
- Seyed Mohammad Mohsen Modarres-Gheisari, Roghayeh Gavagsaz-Ghoachani, Massoud Malaki, Pedram Safarpour, Majid Zandi (2019): Ultrasonic nano-emulsification – A review. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 52, 2019. 88-105.
- Behrend, O., Schubert, H. (2000): Influence of continuous phase viscosity on emulsification by ultrasound, in: Ultrasonics Sonochemistry 7 (2000) 77-85.
- 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.
- F. Joseph Schork; Yingwu Luo; Wilfred Smulders; James P. Russum; Alessandro Butté; Kevin Fontenot (2005): Miniemulsion Polymerization. Adv Polym Sci (2005) 175: 129–255.
- The Advantages of Ultrasonic Emulsification – Hielscher Ultrasonics
Bilməyə Dəyər Faktlar
Termin Tərifi “emulsiya”
Emulsiya yağ və su kimi iki və ya daha çox qarışmayan mayelərin qarışığıdır.
Emulsiyalar ya suda neft (neft damcılarının suda səpələndiyi yerdə) və ya suda (su damcılarının neftdə dağıldığı yerdə) ola bilər. Emulsiyalar müxtəlif tətbiqlərdə, o cümlədən qida məhsullarında (məsələn, salat sarğıları və mayonez), kosmetikada (losyonlar və kremlər kimi) və əczaçılıqda (peyvəndlər kimi) istifadə olunur.
Bir emulqator emulsiyadakı iki qarışmayan maddə (məsələn, yağ və su) arasındakı səthi gərginliyi azaltmaqla işləyir. Bu, iki maddənin ayrılma meylini azaldır və onların sabit qarışıq əmələ gəlməsinə imkan verir.
Emulsiya necə sabit olur?
Dispers fazanın (bir mayenin damcılarının) birləşməsinin və davamlı fazadan (ətrafdakı mayenin) ayrılmasının qarşısını almaqla emulsiya sabit hala gətirilir. Emulsiyalarda sabitliyə nail olmaq üçün bir neçə əsas məqam nəzərə alınmalıdır:
- Emulqatorlar (səthi aktiv maddələr):
– Rol: Emulqatorlar həm hidrofilik (suyu cəlb edən), həm də hidrofobik (su itələyici) ucları olan molekullardır.
– Fəaliyyət: Onlar iki qarışmayan maye arasında səthi gərginliyi azaldır və damcıların ətrafında qoruyucu təbəqə əmələ gətirir, onların birləşməsinin qarşısını alır.
– Nümunələr: Lesitin, polisorbatlar və natrium stearoil laktilat. - Mexanik üsullar:
Yüksək Performanslı Qarışdırma: Damcıları daha kiçik ölçülərə bölmək, səth sahəsini artırmaq və sabitliyi artırmaq üçün yüksək kəsici qarışdırıcılardan və ya homogenizatorlardan istifadə edin. Zond tipli sonikatorlar sonomexaniki kəsmə qüvvələrindən istifadə edən əla və çox etibarlı üsuldur. Bu ultrasəs kəsmə qüvvələri böyük damlacıqları kiçik damlacıqlara parçalayır və qarışmayan fazaları sabit bir emulsiyaya qarışdırır. - Özlülük dəyişdiriciləri:
Qatılaşdırıcılar: Davamlı fazanın özlülüyünün artırılması damlacıqların hərəkətini ləngidə bilər, birləşmə ehtimalını azaldır.
– Nümunələr: Ksantan saqqızı, guar saqqızı və karboksimetil selüloz. - Stabilləşdirici agentlər:
– Polimerlər: Polimerlər damcıların ətrafında qalın bir təbəqə meydana gətirərək sterik sabitləşməni təmin edə bilər.
– Nümunələr: Pektin, jelatin və müəyyən zülallar. - Elektrostatik sabitləşmə:
– Şarj: Bəzi emulqatorlar damcıların səthinə elektrik yükü verir, onların bir-birini itməsinə səbəb olur və bununla da birləşməni azaldır.
– Nümunələr: Natrium kazeinat və soya lesitini. - Temperatur nəzarəti:
– Soyutma: Temperaturun aşağı salınması davamlı fazanın özlülüyünü artıra və damlacıqların kinetik enerjisini azalda bilər, birləşmənin qarşısını alır.
– Faza ayrılmasından qaçınmaq: Temperaturun komponentlərin ayrılmasına mane olan bir diapazonda qalmasını təmin etmək. - Əlavələr:
– Antioksidanlar: Oksidləşmənin qarşısının alınması emulqatorun və digər komponentlərin bütövlüyünü qorumağa kömək edə bilər.
– Chelating agentləri: Əks halda emulsiyanın sabitliyini poza biləcək metal ionlarının bağlanması.
Düzgün emulsifikasiya texnikasını tətbiq etməklə, emulsiyalar sabit hala gətirilə bilər ki, bu da qarışığın homojen qalmasını və zamanla arzu olunan xüsusiyyətlərini saxlamasını təmin edir.
Stabilləşdirici Emulqatorlar
Ümumiyyətlə, emulsiyalar emulsiyalaşdırıcı və ya səthi aktiv maddədən istifadə edərək sabitləşmə tələb edir. Emulqatorlar amfifilikdir - həm suyu, həm də yağlı maddələri cəlb edirlər. Bu o deməkdir ki, onların hidrofilik (suyu sevən) və hidrofobik (neftsevən) xassələri var ki, bu da onlara emulsiyanın həm neft, həm də su fazaları ilə qarşılıqlı əlaqədə olmağa imkan verir. Emulqator molekulunun hidrofilik hissəsi su molekullarına, hidrofobik hissəsi isə yağ molekullarına birləşir.
Yağ damcılarını emulqator molekulları ilə əhatə edərək, emulqator damcıların ətrafında onların bir-biri ilə təmasda olmasına və daha böyük damcılar əmələ gətirmək üçün birləşməsinə (birləşərək) mane olan qoruyucu təbəqə yaradır. Bu, emulsiyanın sabit qalmasına kömək edir və ayrılmanın qarşısını alır.
Damcıların pozulmasından sonra birləşməsi son damcı ölçüsü paylanmasına təsir etdiyindən, son damcı ölçüsü paylanmasını ultrasəs dispersiya zonasında damcıların pozulmasından dərhal sonra paylanmaya bərabər səviyyədə saxlamaq üçün effektiv stabilləşdirici emulqatorlardan istifadə edilir. Stabilizatorlar, əslində, sabit enerji sıxlığında damcıların parçalanmasının yaxşılaşdırılmasına səbəb olur.
Tez-tez istifadə olunan emulqatorlara misal olaraq lesitin (yumurta sarısı və soya paxlasında olur), mono və digliseridlər, polisorbat 80 və natrium stearoil laktilat daxildir.
Ultrasonikasiya ilə effektiv şəkildə yaradıla bilən miniemulsiyalar kimyəvi reaksiyaları artırır. Makroemulsiya polimerləşməsi (a) və miniemulsiya polimerləşməsi (b) [Schork et al. 2005: 136]
Hielscher Ultrasonics yüksək performanslı ultrasəs homogenizatorları istehsal edir laboratoriya üçün sənaye ölçüsü.