Емулсията се състои от две несмесващи се течности, които са фино разпръснати една в друга. За маслени водни емулсии, маслената фаза (дисперсна фаза) се смесва равномерно във водната фаза (непрекъсната фаза). Ултразвуковите емулгатори са добре установени за приготвяне на емулсии масло във вода и нано-емулсии. Ултразвукови емулсии превъзхождат чрез равномерна капчица дисперсия и дългосрочна стабилност, поради което се използва широко в лаборатории и промишлеността.

Ултразвукова емулсии масло във вода

Oil-in-water (O / W) емулсии са широко използвани в много потребителски продукти като храни, напитки, козметика, фармацевтични продукти и т.н., както и в промишлеността (например материалознание, полимери, бои, покрития, фини химия и т.н.).

Определение за емулсия масло във вода

Емулсията масло-във-вода е смес, в която мазна фаза се диспергира във вода или друга водна течност. Малки капчици масло са фино диспергирани във водната фаза (непрекъсната фаза), за да се създаде тази емулсия масло-във-вода. Ако масло (диспергирана фаза) се диспергира във вода (непрекъсната фаза), това е емулсия масло-във-вода; ако водните капчици се добавят в мазна непрекъсната фаза, тя се нарича емулсия вода-в-масло.
За емулсиите масло-в-вода, полученото качество на емулсията зависи от формулировката (съотношение масло: вода, емулгиращ агент) и техниката на емулгиране. Ултразвуковите емулгатори използват акустична кавитация, която се характеризира с интензивни сили на високо срязване и турбуленции в течността. Тези силно интензивни сили разрушават двете несмесими течни фази в минутни капчици и ги смесват равномерно помежду си. Ултразвуковата емулгиране може лесно да генерира частици с наноразмери с размери на капчиците до 10nm. Много малкият размер на капчиците и хомогенното, равномерно разпределение на размера на капчиците на ултразвуково приготвените емулсии превръща ултразвука в предпочитаната техника за емулгиране.
 

Кривата обуславя наномащабното разпределение на капчиците на ултразвуково диспергирана масло във вода наноемулсия. Тази ултразвукова емулсия се състои от етерично масло от мента, емулгирано в непрекъсната водна фаза.

Предимства на ултразвукова емулгиране

Ултразвуковата емулгиране превъзхожда други емулгиращи техники като хомогенизиране при високо налягане, смесване с високо срязване и микрофлуидизация чрез ефективност, последователно производство на нано капчици, висока стабилност и способност за лечение на всеки обем от малки тръби и чаши до големи потоци.
Например, Li и Xiang (2019) показаха в своето сравнително проучване на хомогенизация и ултразвукова емулгиране, че ultrasonication добива по-равномерно, стабилно емулсии. Натрупването в емулсиите кокосово масло във вода се появи само след като е подложено на хомогенизация под високо налягане, докато емулсията, направена от ултразвукова емулгиране, остава стабилна по време на съхранението 30 дни.
В сравнение с механична възбуда, емулсиите, приготвени чрез ултразвукова техника, са по-стабилни за по-дълго време в сравнение с емулсии, получени чрез механична разбъркване, които могат да бъдат приписани на малкия размер на капчиците, който е термодинамично стабилизиран. Ултразвуковата техника дава по-стабилни емулсии от конвенционалния метод на механично разбъркване. (ср. Рамисет и Шумунд, 2011 г.)
O'Sullivan et al. (2015) показват в своето проучване, че ултразвукова емулгиране последователно дава субмикрони емулсии (по-малко от 200 nm). Въпреки това, нано-емулсиите с равномерен размер на капчиците от 10nm могат лесно и надеждно да се постигнат при оптимизирани условия. Размерът на капчиците на ултразвуково произведени емулсии е функция от времето за обработка и ултразвуковата амплитуда за партиди и непрекъсната обработка.

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.

Принципът на работа на ултразвукова емулгиране

Ултразвуковото производство на емулсии и нано-емулсии (като масло във вода и вода в маслени емулсии) се основава на работния принцип на акустична кавитация. За да се създаде акустична кавитация, високо интензивен, нискочестотен ултразвук се генерира от ултразвуков преобразувател и се предава чрез ултразвуков рог и сонда (сонотрод) в течност. Ултразвукът с висока мощност се счита за ултразвук в диапазона от 16-30kHz. Ултразвуковата сонда се разширява и свива например, при 20kHz, като по този начин предава съответно 20 000 вибрации в секунда в средата. Когато ултразвуковите вълни преминават през течността, редуващите се цикли с високо налягане (компресия) / ниско налягане (рядко срещано / разширение) създават минута кухини (вакуумни мехурчета), които растат в няколко цикъла на налягане. По време на фазата на компресия на течността и мехурчетата налягането е положително, докато фазата на редфакцията произвежда вакуум (отрицателно налягане). По време на циклите на компресионно разширение, кухините в течността растат, докато достигнат размер, при който те не могат да абсорбират по-нататъшна енергия. В този момент, те се взривяват насилствено. Имплозията на тези кухини води до различни силно енергични ефекти, които са известни като феномена на акустична / ултразвукова кавитация. Акустичната кавитация се характеризира с колекционерски силно енергични ефекти, които влияят на течните-течни, твърдо-течни и газово-течни системи. Енергийната гъста зона или кавитационната зона е известна като така наречената зона на гореща точка, която е най-енергийно гъста в близост до ултразвуковата сонда и намалява с увеличаване на разстоянието от сонотрода. Основните характеристики на ултразвуковата кавитация включват локално възникващи много високи температури и налягия и съответните диференциали, турбуленции и течно стрийминг. По време на имплозията на ултразвукови кухини в ултразвукови горещи точки, температури до 5000 Келвин, налягане до 200 атмосфери и течни струи с до 1000km / h могат да бъдат измерени. Тези изключителни условия за енергийна интензивност допринасят за sonomechanical ефекти, които засилват процесите чрез високоефективно смесване, диспергиране и емулгиране. Ултразвуковите сили на срязване, течното поточно и турбулентност разрушават капчиците и ги смесват равномерно един с друг. Високопроизводителната ултразвук произвежда надеждно нано-капчици с равномерно разпределение на размера. Това прави ултразвуковата емулгиране предпочитаният метод за приготвяне на масло-във-вода емулсии / нано-емулсии с висока стабилност на емулсия и срок на годност.

Ефекти на ултразвуковата интензивност на качеството на емулсия

Качеството на емулсията се характеризира главно със своята стабилност. На свой ред стабилността на емулсията е фактор за разпределението на размера на капчиците и формулировката на емулсия.
Ултразвуковата интензивност, т.е. амплитуда и продължителността на ултразвука, са важни фактори, които влияят върху качеството на получената емулсия.
В изследването, ултразвуковата емулгиране се разделя на две фази: По време на първата стъпка се появява комбинация от междуфациални вълни и нестабилност на Rayleigh-Taylor, причиняваща изригването на диспергирани фазови капчици в непрекъснатата фаза.
По време на втората стъпка капчиците се разбиват чрез акустична кавитация близо до граничните фази на капчиците. Интензивните ефекти от разрушаването на капчиците и смесването, причинени от кавитационни ударни вълни, генерират много малки размери на капчиците. Ултразвукова интензивност, амплитуда и време за ултразвук са отговорни за полученото въздействие на кавитация и по този начин най-влиятелните параметри по отношение на фина емулгиране. Hielscher Ultrasonics промишлени ултразвукови процесори могат да доставят много високи амплитуди. Амплитуди до 200μm могат лесно да се изпълняват непрекъснато при 24/7 работа. За още по-високи амплитуди се предлагат персонализирани ултразвукови синсинсинсин.

Ултразвукови емулгатори с висока производителност

Ултразвукова емулгиране е надеждна технология за обработка, която улеснява и ускорява производството на висококачествени емулсии с подмикрони и наноразмерни капчици. Hielscher Ultrasonics портфейл обхваща пълната гама от компактни лабораторни ultrasonicators до промишлени системи за емулгиране приложения. Това ни позволява в Hielscher да ви предложим най-подходящия ултразвук за вашето предвидено качество на емулсия и капацитет на процеса. Нашият дългогодишен опитен персонал ще ви помогне от тестове за осъществимост и оптимизация на процесите до инсталирането на вашата ултразвукова система на крайното ниво на производство.
Малкият отпечатък на краката на нашите ултразвукови екстрактори, както и тяхната гъвкавост в опциите за монтаж ги правят подходящи дори в малки помещения за обработка. Ултразвукови процесори са инсталирани в целия свят в хранителни, фармацевтични и хранителни добавки производствени съоръжения.

Hielscher Ultrasonics – Сложни емулгиране системи

Hielscher Ultrasonics продуктово портфолио обхваща пълната гама от високопроизводителни ултразвукови емулгатори от малък до голям мащаб. Допълнителните аксесоари позволяват лесно сглобяване на най-подходящата конфигурация на ултразвуково устройство за вашия процес на емулгиране. Оптималната ултразвукова настройка зависи от предвидения капацитет, обем, суровини, партида или инлайн процес и времева линия.

Партида и вградена

Hielscher ултразвукови емулгатори могат да се използват за партида и непрекъсната поток през обработка. Ултразвуковата обработка на партиди е идеална за тестване на процеси, оптимизация и ниско до средно ниво на производство. За производство на големи обеми от емулсии, вградена обработка може да бъде по-изгодно. Непрекъснат процес на внедим смесване изисква усъвършенствана настройка – състоящ се от помпа, маркучи или тръби и резервоари -, но е високоефективен, бърз и изисква значително по-малко труд. Hielscher Ultrasonics има най-подходящата настройка на емулгиране за обема на емулсията и целите на процеса.

Ултразвукови сонди и реактори за емулгиране във всякакъв размер

Hielscher Ultrasonics продуктова гама покрива пълния спектър от ултразвукови процесори от компактни лабораторни ultrasonicators над пейка-отгоре и пилотни системи до напълно промишлени ултразвукови процесори с капацитет за обработка на товари на час. Пълната продуктова гама ни позволява да ви предложим най-подходящия ултразвуков емулгатор за вашия капацитет на процеса и производствени цели.
Ултразвуковите системи за пехлип са идеални за тестване на осъществимостта и оптимизация на процесите. Линейно мащабиране въз основа на установените параметри на процеса го прави много лесно да се увеличи капацитетът за обработка от по-малки лотове до напълно търговско производство. Up-мащабирането може да се извърши или чрез инсталиране на по-мощен ултразвуков блок за извличане или групиране на няколко ultrasonicators паралелно. С UIP16000, Hielscher предлага най-мощния ултразвуков емулгатор в световен мащаб.

Прецизно контролируеми амплитуди за оптимални резултати

Всички Ултразвукови апарати Hielscher са прецизно контролирани и по този начин надеждни работни коне в производството. Амплитудата е един от важните параметри на процеса, които влияят на ефикасността и ефективността на ултразвуковата емулгиране Амплитудата е решаващ фактор, който влияе решително върху качеството на ултразвуковата емулгиране. Всички Hielscher Ultrasonics процесори позволяват точната настройка на амплитудата. Издатините и бустерните рога са аксесоари, които позволяват да се променя амплитудата в още по-широк диапазон. Индустриалните ултразвукови процесори на Hielscher могат да доставят много високи амплитуди и да доставят необходимата ултразвукова интензивност за взискателни приложения. Амплитуди до 200μm могат лесно да се изпълняват непрекъснато при 24/7 работа.
Точните настройки на амплитудата и постоянното наблюдение на параметрите на ултразвуковия процес чрез интелигентен софтуер ви дават възможност да лекувате вашата емулсия с най-ефективните ултразвукови условия. Оптимална ултразвук за най-добри резултати от емулгиране!
Здравината на ултразвуковото оборудване на Hielscher позволява 24/7 работа при тежки условия и в трудни условия. Това прави ултразвуковото оборудване на Hielscher надежден работен инструмент, който изпълнява вашите изисквания за емулгиране.

Лесно тестване без риск

Ултразвукови процеси могат да бъдат напълно линейни мащабирани. Това означава всеки резултат, който сте постигнали с помощта на лаборатория или пейка-топ ultrasonicator, може да бъде мащабиран до точно същата изходна мощност, като се използват точно същите параметри на процеса. Това прави ultrasonication идеален за безрисков тестване на осъществимостта, оптимизация на процесите и последващо внедряване в търговско производство. Свържете се с нас, за да научите как sonication може да подобри производството на емулсия.

Най-високо качество – Проектиран и произведен в Германия

Като семеен и семеен бизнес, Hielscher приоритизира най-високите стандарти за качество за своите ултразвукови процесори. Всички ultrasonicators са проектирани, произведени и старателно тествани в нашата централа в Teltow близо до Берлин, Германия. Здравина и надеждност на ултразвуковото оборудване на Hielscher го правят работен кон в производството ви. 24/7 работа при пълно натоварване и в взискателна среда е естествена характеристика на Hielscher миксери с висока производителност.

Таблицата по-долу дава индикация за приблизителната капацитет за преработка на нашите ultrasonicators: