Hielscher Ultraschalltechnik

Herstellen von Emulsionen durch Ultraschallkavitation

Eine große Bandbreite an Zwischen- und Endprodukten, wie sie beispielsweise in Kosmetika, Cremes, pharmazeutischen Salben, Lacken, Farben, Gleitstoffen und Kraftstoffen verwendet werden, bestehen komplett oder teilweise aus Emulsionen. Hielscher stellt die weltweit größten Ultraschallflüssigkeitsprozessoren für das effiziente Emulgieren großer Volumina (im Durchfluss) in Produktionsstätten her.

Im Labor ist die Ultraschallleistung beim Emulgieren seit langem bekannt und wird erfolgreich eingesetzt. Das Video zeigt das Emulgieren von Öl (gelb) in Wasser (rot). Hierzu wird das UP400S Laborgerät verwendet. Am Ende der Seite finden Sie ein weiteres Video.

 

Systeme, die aus mehreren Komponenten bestehen. Ultraschallprozessoren von bis zu 16.000 Watt Leistung bestehen, stellen die benötigte Kapazität bereit, um diese Laboranwendung in einer effizienten Produktionsmethode umzusetzen. Diese Ultraschallleistung ermöglicht es, auch bei großen Volumina feine dispergierte Emulsionen sowohl bei einer Beschädigung im Durchfluss als auch im Batch zu erhalten. Die Qualität der Ultraschallemulsion ist vergleichbar mit den Ergebnissen, die mit den besten Hochdruckhomogenisatoren, wie z. B. den neuen Blendenventilen, erzielt werden. Zusätzlich zu ihrer hohen Effizienz beim kontinuierlichen Emulgieren, erfordern Hielscher Ultraschallgeräte eine sehr geringe Maschinenunterhaltung und sind sehr leicht zu bedienen und zu reinigen. The Ultraschall unterstützt sogar die Reinigung und Spülen. The Ultraschallleistung is reglierbar and can an bestimmte Stoffe and Emulgieranforderungen angepasst werden. Ahead are special Durchflussreaktoren, the with the hochentwickelten CIP (clean-in-place) and SIP (sterilize-in-place) are, for besondere claims erhältlich.

Bei Emulsionen handelt es sich um eine Dispersion aus zwei oder mehreren nicht mischbaren Flüssigkeiten. Äußerst intensive Ultraschall liefert die Energie, die benötigt wird, um eine flüssige Phase (dispergierte Phase) in kleinen Tropfen in einer zweiten Phase (beständige Phase) zu dispergieren. In diesem Beschallungsfeld verursachen implodierende Kavitationsblasen intensive Schockwellen in der Flüssigkeit und erzeugen als Konsequenz Flüssigkeitsstrahlen von sehr hoher Geschwindigkeit.

Um die neu entstandenen Tropfen der dispergierten Phase gegen die Koaleszenz zu stabilisieren, werden die Emulsionsemulgatoren (oberflächenaktive Stoffe) und Stabilisatoren zugesetzt. Da die Koaleszenz der Tropfen nach der Spaltung deren endgültige Tropfengrößenverteilung beeinflusst wird, werden für diese Stabilisierung der Emulgatoren verwendet. Durch den Einsatz von Stabilisierungsemulgatoren wird eine endgültige Tropfengrößenverteilung auf einer Ebene erzielt, die die Verteilung unmittelbar nach der Tropfenspaltung im Beschallungsfeld entspricht. The Stabilisatoren führen sogar zu einer erhöhten Tropfenspaltung bei konstanter Energiedichte.

Studien zu Öl-in-Wasser-Emulsionen (Wasser-Phase) und zu Wasser-in-Öl-Emulsionen (Öl-Phase) haben die Korrelation zwischen Energiedichte und der Tropfengröße (z. B. Sauter-Durchmesser) gezeigt. Es ist ein klarer Trend zu einer kleineren Tropfengröße bei einer ansteigenden Energiedichte erkennbar (Klicken Sie hier, um die Grafik zu sehen.). Bei einer entsprechenden Energiedichte kann mit Ultraschall eine Tropfengröße von deutlich weniger als 1 Mikrometern (Mikroemulsion) erreicht werden.

Hielscher bietet eine vielfältige Kollektion an Ultraschallgeräten und Zubehör für das effiziente Emulgieren und Dispergieren von Flüssigkeiten an.

  • Labor-Ultraschallgeräte von bis zu 400 Watt Leistung eignen sich ideal für die einfache Herstellung der Emulsionen in Teströhrchen, Eppendorfgefäßen, Bechergläsern oder Durchflusszellen. This devices are mainly to the Probenvorbereitung or be initially Machbarkeitsstudien eingesetzt and are of Hielscher Ultrasonics also vermietet.
  • Mit 500, 1000 und 2000 Watt-Ultraschallprozessoren, wie z.B. mit dem UIP1000hdT Set mit Durchflusszelle and various Boostern and Sonotroden, can größere Volumina in Throughfluss emulgiert are. Diese Geräte werden bei der Optimierung von Parametern (wie Amplitude, Betriebsdruck, Durchflussrate etc.) im Technikums-Maßstab oder im Pilotprojekt auf Werksgröße verwendet.
  • Industrie-Ultraschallprozessoren Mit 2, 4, 10 und 16kW as as as large cluster, bestehend aus mehreren solcher Einheiten, can productionsvolumina (fast) any Kapazität bewältigen.

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Literatur

Behrend, O., Schubert, H. (2000): Einfluss der kontinuierlichen Phasenviskosität auf die Emulgierung durch Ultraschall, in: Ultraschall Sonochemie 7 (2000) 77-85.

Behrend, O., Schubert, H. (2001): Einfluss von hydrostatischem Druck und Gasgehalt auf die kontinuierliche Ultraschallemulsifikation, in: Ultraschall Sonochemie 8 (2001) 271-276.

Hielscher, T. (2005): Ultraschallproduktion von nanoskaligen Dispersionen und Emulsionen, in: Proceedings of European Nanosystems Conference ENS (Europäische Konferenz für Nanosysteme)’05.

Landfester, K. (2001): Die Erzeugung von Nanopartikeln in Miniemulsionen; in: Advanced Materials 2001, 13, Nr. 10, 17. Mai. Wiley-VCH.