Широка гама от междинни и потребителски продукти, като козметика и лосиони за кожа, фармацевтични мехлеми, лакове, бои и смазочни материали и горива, се основават изцяло или частично на емулсии. Hielscher произвежда най-големите промишлени ултразвукови течни процесори в света за ефективно емулгиране на големи обемни потоци в производствените предприятия.

Ултразвукова емулгиране

В лабораторията емулгиращата сила на ултразвука е известна и се прилага дълго поради различни ползи, които са свързани с ултразвукова хомогенизация и емулгиране. Надеждната ултразвукова емулгиране се основава на използването на ултразвукови сонди, така наречените издатини. Чрез ултразвукова сонда, ултразвук с висока интензивност е свързан в течности и създава акустична кавитация. Ултразвукова или акустична кавитация генерира високи сили на срязване, които осигуряват необходимата енергия за разрушаване на големи капчици до капчици с наноразмери. По този начин две или повече течни фази се смесват в еднородна субмикрон- или нано-емулсия.

Предимства на ултразвукова емулгиране

Ултразвукова емулгиране с помощта на сонда тип ultrasonicator предлага няколко предимства пред други емулгиращи техники:

1. Подобрена стабилност на емулсията: Ултразвуковата емулгиране създава по-малки размери на капчиците и по-равномерно разпределение на капчиците, което води до подобрена стабилност на емулсията и по-дълъг срок на годност. Субмикрон- и наноразмерни капчици могат да бъдат надеждно произведени с помощта на мощност ултразвук.
2. Енергийна ефективност: Ултразвукова емулгиране изисква по-малко енергия от други методи за емулгиране, което го прави по-енергийно ефективен процес.
3. Мащабируемост: Ултразвукова емулгиране може лесно да се мащабира нагоре или надолу в зависимост от необходимия обем, което го прави универсален процес както за лабораторни, така и за промишлени приложения.
4. Спестяване на време: Ултразвуковата емулгиране може да бъде много бърз процес, като емулсиите се образуват за секунди до минути, в зависимост от течностите, обема и оборудването.
5. Намалена нужда от повърхностноактивни вещества: Ултразвукова емулгиране може да намали необходимостта от повърхностноактивни вещества, които често са необходими за стабилизиране на емулсии. Въпреки това, при намален размер на капчиците, повърхността на частицата се увеличава и повече площ трябва да бъде покрита от повърхностноактивно вещество. Ultrasonication е съвместим с почти всякакъв вид повърхностноактивно вещество, включително алтернативни и нови емулгатори.
6. Минимално и контролируемо генериране на топлина: Ултразвуковата емулгиране е нетермичен процес и генерирането на топлина по време на обработката може да бъде избегнато или намалено до малка степен. По този начин се намалява рискът от термично разграждане на чувствителни съединения или съставки.

Като цяло, предимствата на ултразвукова емулгиране с помощта на сонда тип ultrasonicator го правят популярен избор за емулгиране в различни области, включително храни и напитки, фармацевтични продукти, козметика, фини химикали и горива.

Ултразвукова подготовка на масло-във вода (O / W) емулсия (червена вода / жълто масло). Няколко секунди на ултразвук превръщат отделните фази на вода / масло в фина емулсия.

 
 
Видеото по-долу показва процеса на емулгиране на масло (жълто) във вода (червено) с помощта на UP400S лаборатория ultrasonicator.

Какво е емулсия?
Емулсиите са дисперсии на две или повече несмесими течности. Високоинтензивният ултразвук осигурява енергията, необходима за диспергиране на течна фаза (дисперсна фаза) в малки капчици във втора фаза (непрекъсната фаза). В диспергиращата зона, имплодиращите кавитационни мехурчета предизвикват интензивни ударни вълни в обкръжаващата течност и водят до образуване на течни струи с висока скорост на течността.

Нано-Емулсии – Приложение за захранване за ultrasonicators

Наноемулсиите са емулсии с капчици, които обикновено са с размер по-малък от 100 нанометра. Наноемулсиите предлагат няколко предимства пред конвенционалните емулсии, включително уникални функционални свойства, по-висока стабилност, прозрачност и др.
Ultrasonication превъзхожда традиционните технологии за емулгиране, особено когато става въпрос за образуването на наноемулсии. Това се дължи на високоефективния и енергоемък принцип на работа на ултразвука.

Принцип на работа на ултразвукова емулгиране

Ултразвуковите процеси на емулгиране използват силите на акустичната кавитация. Акустичната кавитация се отнася до феномена на образуване, растеж и имплозивен колапс на малки мехурчета в течна среда, подложена на ултразвукови вълни с висока интензивност. Имплозията на тези мехурчета генерира интензивни локални градиенти на налягане и температура, които могат да създадат високи сили на срязване, ударни вълни и микроструи, които могат да разграждат големи частици и агломерати на по-малки. Картината вляво демонстрира ултразвукова кавитация, генерирана в сондата на ultrasonicator UIP1000hdT (1000 вата) в течност напълнена стъклена колона.
При емулгиране и нано-емулгиране интензивността на акустичната кавитация играе критична роля за намаляване на размера на капчиците в емулсията. Имплозивният колапс на кавитационните мехурчета може да създаде силни сили на срязване, които разграждат по-големите капчици на по-малки. Освен това, локалните градиенти на налягане и температура, генерирани от кавитацията, също могат да насърчат образуването на нови капчици и да стабилизират емулсията.
Уникалният аспект на акустичната кавитация е способността му да осигурява локализирана и интензивна енергия, постъпваща в течната среда, без да са необходими високи механични или термични напрежения. Това го прави привлекателна техника за нано-емулгиране, тъй като може да намали вложената енергия, необходима за процеса на емулгиране, като същевременно постигне по-малък размер на капчиците и по-тясно разпределение на размера на капчиците.
Благодарение на тези прецизно контролируеми ултразвукови сили, акустична кавитация е мощен инструмент за нано-емулгиране. Способността му да генерира локализирана и интензивна енергия позволява да се разграждат по-големи капчици, образуващи субмикронни и наноразмерни такива с много висока ефективност.

Изследвания на масло във вода (водна фаза) и вода в масло (маслена фаза) емулсии показват съответствието между плътността на енергия и размера на капчиците (например Sauter диаметър). Налице е ясна тенденция за по-малък размер на капката при увеличаване на плътността на енергията (кликнете на дясната графичен). При подходящи нива на енергийна плътност, ултразвукът може лесно и надеждно да постигне средни размери на капчиците в нано-диапазона.

Ултразвукови сонди за ефективна емулгиране

Hielscher предлага широка гама от сонда тип ultrasonicators и аксесоари за ефективна емулгиране и диспергиране на течности в партиден и проточен режим.
Системите, състоящи се от няколко ултразвукови процесора до 16 000 вата всеки, осигуряват капацитета, необходим за превръщането на това лабораторно приложение в ефективен производствен метод за получаване на фино диспергирани емулсии в непрекъснат поток или в партида – постигане на резултати, сравними с тези на най-добрите днешните хомогенизатори високо налягане на разположение, като например новата щранга. В допълнение към това на висока ефективност в непрекъснат емулсия, Hielscher ултразвукови устройства изискват много ниски разходи за поддръжка и са много лесни за работа и да се почистват. Ултразвукът е всъщност подкрепа на почистване и измиване. Ултразвуковите власт може да се регулира и може да бъде адаптирана към специфичните продукти и изисквания за емулгиране. Специални мобилни поток реактори, които отговарят на съвременни CIP (почистване на място) и SIP (стерилизира на място) изисквания са на разположение, също.