Emulze se skládá ze dvou nemísitelných kapalin, které jsou navzájem jemně rozptýleny. U emulzí olejové vody se olejová fáze (dispergovaná fáze) rovnoměrně promíchá do vodné fáze (kontinuální fáze). Ultrazvukové emulgátory jsou dobře zavedeny pro přípravu emulzí oleje ve vodě a nanoemulzí. Ultrazvukové emulze vynikají rovnoměrnou disperzí kapiček a dlouhodobou stabilitou, proto jsou široce používány v laboratořích a průmyslu.

Ultrazvukové olej-in-voda emulze

Emulze oleje ve vodě (O/W) jsou široce používány v mnoha spotřebních výrobcích, jako jsou potraviny, nápoje, kosmetika, léčiva atd., stejně jako v průmyslu (např. materiálové vědy, polymery, barvy, nátěry, jemná chemie atd.).

Definice emulze olej ve vodě

Emulze oleje ve vodě je směs, ve které se olejovitá fáze rozptýlí ve vodě nebo v jiné vodné kapalině. Malé kapičky oleje jsou jemně rozptýleny ve vodní fázi (kontinuální fáze), aby se vytvořila tato emulze oleje ve vodě. Pokud je olej (rozptýlená fáze) rozptýlen ve vodě (kontinuální fáze), jedná se o emulzi oleje ve vodě; pokud jsou kapky vody přidány do olejové kontinuální fáze, nazývá se emulze voda v oleji.
U emulzí oleje ve vodě závisí výsledná kvalita emulze na složení (poměr oleje a vody, emulgační činidlo) a technice emulgace. Ultrazvukové emulgátory používají akustickou kavitaci, která se vyznačuje intenzivními vysokými smykovými silami a turbulencemi v kapalině. Tyto vysoce intenzivní síly narušují dvě nemísitelné kapalné fáze na nepatrné kapičky a rovnoměrně je mísí. Ultrazvuková emulgace může snadno generovat nanočástice s velikostí kapiček až 10nm. Velmi malá velikost kapiček a homogenní, rovnoměrná distribuce velikosti kapiček ultrazvukem připravených emulzí mění sonikaci na preferovanou emulgační techniku.
 

Křivka boty nano-měřítko distribuce kapiček ultrazvukem rozptýlené olej-in-voda nanoemulze. Tato ultrazvuková emulze se skládá z mátového esenciálního oleje emulgovaného v kontinuální vodní fázi.

Výhody ultrazvukové emulzifikace

Ultrazvuková emulze vyniká dalšími emulgačními technikami, jako je vysokotlaká homogenizace, vysokoskořádové míchání a mikrofluidizace účinností, konzistentní výroba nano-kapiček, vysoká stabilita emulze a schopnost léčit jakýkoli objem z malých trubek a kádinek na velké proudy.
Například Li a Xiang (2019) ukázali ve své srovnávací studii vysokotlaké homogenizace a ultrazvukové emulgace, že ultrazvuková špička dává jednotnější, stabilní emulze. Agregace v kokosovém oleji-in-voda emulze se objevil až poté, co byl podroben vysokotlaké homogenizace, zatímco emulze provedené ultrazvukové emulze zůstala stabilní během 30 dnů skladování.
Ve srovnání s mechanickým mícháním bylo zjištěno, že emulze připravené ultrazvukovou technikou jsou stabilnější po delší dobu ve srovnání s emulzemi připravenými mechanickým mícháním, které lze připsat malé velikosti kapiček, která je termodynamicky stabilizována. Ultrazvuková technika poskytuje stabilnější emulze než konvenční metoda mechanického míchání. (srov. Ramisetty a Shyamsunder, 2011)
O'Sullivan et al. (2015) ukazují ve své studii, že ultrazvuková emulze trvale přinesla submikronové emulze (méně než 200 nm). Nicméně nano-emulze s rovnoměrnou velikostí kapiček 10nm lze snadno a spolehlivě dosáhnout za optimalizovaných podmínek. Velikost kapičky ultrazvukem vyráběných emulzí je funkcí doby zpracování a ultrazvukové amplitudy pro dávkové i kontinuální zpracování.

Ultrazvuková příprava emulze oleje ve vodě (O/W) (červená voda / žlutý olej). Několik sekund použití ultrazvuku zase samostatné vody / oleje fáze do jemné emulze.

Pracovní princip ultrazvukové emulzifikace

Ultrazvuková výroba emulzí a nanoemulzí (jako je olej ve vodě a emulze vody v oleji) je založena na pracovním principu akustické kavitace. Za účelem vytvoření akustické kavitace je ultrazvukový ultrazvuk s vysokou intenzitou a nízkou frekvencí generován ultrazvukovým snímačem a přenášen ultrazvukovým rohem a sondou (sonotrodou) do kapaliny. Vysoce výkonný ultrazvuk je považován za ultrazvuk v rozsahu 16-30kHz. Ultrazvuková sonda se rozšiřuje a smršťuje například na 20kHz, čímž přenáší do média 20 000 vibrací za sekundu. Když ultrazvukové vlny cestovat přes kapalinu, střídavě vysokotlaké (komprese) / nízkotlaké (rarefaction / expanze) cykly vytvořit minutové dutiny (vakuové bubliny), které rostou v průběhu několika tlakových cyklů. Během kompresní fáze kapaliny a bublin je tlak pozitivní, zatímco fáze rarefaction vytváří vakuum (podtlak). Během cyklů komprese a expanze dutiny v kapalině rostou, dokud nedosáhnou velikosti, při které nemohou absorbovat další energii. V tomto bodě, oni implodují násilně. Imploze těchto dutin má za následek různé vysoce energetické účinky, které jsou známé jako fenomén akustické / ultrazvukové kavitace. Akustická kavitace se vyznačuje rozmanitými vysoce energetickými účinky, které ovlivňují systémy kapalina-kapalina, pevná kapalina a plyn-kapalina. Energeticky hustá zóna nebo kavitační zóna je známá jako takzvaná zóna horkých míst, která je nejvíce energeticky hustá v těsné blízkosti ultrazvukové sondy a klesá s rostoucí vzdáleností od sonotrody. Mezi hlavní charakteristiky ultrazvukové kavitace patří lokálně se vyskytující velmi vysoké teploty a tlaky a příslušné rozdíly, turbulence, a kapalina streaming. Během imploze ultrazvukových dutin v ultrazvukových horkých místech lze měřit teploty až 5000 Kelvinů, tlaky až 200 atmosfér a kapalné trysky s až 1000 km / h. Tyto vynikající energeticky intenzivní podmínky přispívají k sonomechanickým účinkům, které zintenzivňují procesy vysoce účinným mícháním, rozptylováním a emulgací. Ultrazvukové smykové síly, proudící kapalinou a turbulence narušují kapičky a rovnoměrně je mísí. Vysoce výkonná ultrazvuku produkuje spolehlivě nano-kapičky s rovnoměrným rozložením velikosti. Díky tomu je ultrazvuková emulze preferovanou metodou pro přípravu emulze oleje ve vodě / nanoemulze s vysokou stabilitou emulze a trvanlivostí.

Účinky ultrazvukové intenzity na kvalitu emulze

Kvalita emulze se vyznačuje především její stabilitou. Stabilita emulze je zase faktorem rozložení velikosti kapiček a formulace emulze.
Ultrazvuková intenzita, tj.
Ve výzkumu je ultrazvuková emulze rozdělena do dvou fází: Během prvního kroku dochází k kombinaci interfaciálních vln a rayleigh-taylorské nestability, což způsobuje erupci dispergovaných fázových kapiček do kontinuální fáze.
Během druhého kroku se kapičky rozpadají akustickou kavitací v blízkosti hraničních fází kapek. Intenzivní účinky narušení kapiček a míchání způsobené kavitačními rázovými vlnami vytvářejí velmi malé velikosti kapiček. Ultrazvuková intenzita, amplituda a doba sonikace jsou zodpovědné za získaný dopad kavitace a tím i nejvlivnější parametry týkající se emulgace jemné velikosti. Hielscher Ultrazvuk průmyslové ultrazvukové procesory mohou dodávat velmi vysoké amplitudy. Amplitudy až do 200 μm lze snadno nepřetržitě provozovat v provozu 24/7. Pro ještě vyšší amplitudy jsou k dispozici přizpůsobené ultrazvukové sonotrody.

Vysoce výkonné ultrazvukové emulgátory

Ultrazvuková emulze je spolehlivá technologie zpracování, která usnadňuje a urychluje výrobu vysoce kvalitních emulzí s submikronovými a nano velkými kapičkami. Hielscher Ultrazvuk portfolio pokrývá celou řadu od kompaktních laboratorních ultrasonicators na průmyslové systémy pro emulzi aplikace. To nám umožňuje na Hielscher nabídnout nejvhodnější ultrasonicator pro vaše předpokládané kvality emulze a procesní kapacity. Náš dlouholetý zkušený personál vám pomůže od testů proveditelnosti a optimalizace procesů až po instalaci vašeho ultrazvukového systému na konečné úrovni výroby.
Malý otisk nohou našich ultrazvukových extraktorů, stejně jako jejich univerzálnost v možnostech instalace, aby se vešly i do zařízení pro zpracování malého prostoru. Ultrazvukové procesory jsou instalovány po celém světě v potravinářských, farmaceutických a nutričních doplněk výrobních zařízení.

Hielscher Ultrazvuk – Sofistikované emulzifikační systémy

Hielscher Ultrazvuk produktové portfolio pokrývá celou řadu vysoce výkonných ultrazvukových emulgátorů od malých až po velké měřítko. Další příslušenství umožňuje snadnou montáž nejvhodnější konfigurace ultrazvukového zařízení pro proces emulzi. Optimální ultrazvukové nastavení závisí na předpokládané kapacitě, objemu, surovinách, dávkovém nebo vloženém procesu a časové ose.

Dávka a vložené

Hielscher ultrazvukové emulgátory mohou být použity pro dávkové a kontinuální průtok přes zpracování. Ultrazvukové dávkové zpracování je ideální pro testování procesů, optimalizaci a malou až střední úroveň výroby. Pro výrobu velkých objemů emulze může být výhodnější vložené zpracování. Kontinuální proces inline míchání vyžaduje sofistikované nastavení – sestávající z čerpadla, hadic nebo potrubí a nádrží -, ale to je vysoce efektivní, rychlý a vyžaduje podstatně méně práce. Hielscher Ultrazvuk má nejvhodnější nastavení emulze pro váš objem emulze a cíle procesu.

Ultrazvukové sondy a reaktory pro emulzifikaci v libovolné velikosti

Hielscher Ultrazvuk sortiment pokrývá celé spektrum ultrazvukových procesorů z kompaktních laboratorních ultrasonicators přes bench-top a pilotní systémy plně-průmyslové ultrazvukové procesory s kapacitou pro zpracování kamionů za hodinu. Kompletní sortiment nám umožňuje nabídnout vám nejvhodnější ultrazvukový emulgátor pro vaši procesní kapacitu a výrobní cíle.
Ultrazvukové stolní systémy jsou ideální pro testování proveditelnosti a optimalizaci procesů. Lineární scale-up založený na zavedených procesních parametrech velmi usnadňuje zvýšení zpracovatelských kapacit z menších šarží na plně komerční výrobu. Up-škálování lze provést buď instalací výkonnější ultrazvukové odsávací jednotky nebo shlukování několik ultrasonicators paralelně. S UIP16000, Hielscher nabízí nejsilnější ultrazvukové emulgátor po celém světě.

Přesně řiditelných amplitud pro optimální výsledky

Všechny Hielscher ultrasonicators jsou přesně kontrolovatelné a tím spolehlivé pracovní koně ve výrobě. Amplituda je jedním z klíčových parametrů procesu, které ovlivňují účinnost a účinnost ultrazvukové emulziry Amplituda je rozhodujícím faktorem, který rozhodujícím způsobem ovlivňuje kvalitu ultrazvukové emulgace. Všechny procesory Hielscher Ultrasonics umožňují přesné nastavení amplitudy. Sonotrody a podtlakové rohy jsou příslušenství, které umožňuje modifikovat amplitudu v ještě širším rozsahu. Hielscherovy průmyslové ultrazvukové procesory mohou dodávat velmi vysoké amplitudy a dodávat požadovanou ultrazvukovou intenzitu pro náročné aplikace. Amplitudy až do 200 μm lze snadno nepřetržitě provozovat v provozu 24/7.
Přesné nastavení amplitudy a trvalé sledování parametrů ultrazvukového procesu pomocí inteligentního softwaru vám dávají možnost léčit emulzi s nejúčinnějšími ultrazvukovými podmínkami. Optimální použití ultrazvuku pro nejlepší výsledky emulzirace!
Robustnost ultrazvukového zařízení Hielscher umožňuje nepřetržitý provoz v náročných a náročných prostředích. Díky tomu je Hielscherova ultrazvuková zařízení spolehlivým pracovním nástrojem, který splňuje vaše požadavky na emulgaci.

Snadné a bezrizikové testování

Ultrazvukové procesy mohou být zcela lineární škálované. To znamená, že každý výsledek, kterého jste dosáhli pomocí laboratoře nebo bench-top ultrasonicator, lze škálovat na přesně stejný výstup pomocí přesně stejné parametry procesu. Díky ultrazvuku ideální pro bezrizikové testování proveditelnosti, optimalizace procesů a následnou implementaci do komerční výroby. Kontaktujte nás, abyste se dozvěděli, jak může použití ultrazvuku zlepšit produkci emulze.

Nejvyšší kvalita – Navrženo a vyrobeno v Německu

Jako rodinný a rodinný podnik Hielscher upřednostňuje nejvyšší standardy kvality pro své ultrazvukové procesory. Všechny ultrasonicators jsou navrženy, vyrobeny a důkladně testovány v naší centrále v Teltow u Berlína, Německo. Robustnost a spolehlivost ultrazvukového zařízení Hielscher je, aby to pracovní kůň ve vaší výrobě. Nepřetržitý provoz při plném zatížení a v náročných prostředích je přirozenou vlastností vysoce výkonných míchacích pultů hielscher.

Níže uvedená tabulka vám dává informaci o přibližné zpracovatelské kapacity našich ultrasonicators: