Ultraschall für die Herstellung von Kosmetika
- Ultraschall findet in der Entwicklung und Herstellung von Kosmetika und Körperpflegeprodukten viele Einsatzmöglichkeiten.
- Typische Ultraschallanwendungen in der Kosmetikindustrie sind die Herstellung von Emulsionen & Dispersionen, die Partikelvermahlung, Liposomenherstellung sowie die Extraktion von Wirkstoffen.
- Ultraschallgeräte sind sowohl für Labors als auch für die kommerzielle Produktion verfügbar.
Ultraschall-Verarbeitung von Kosmetika
Hautpflegeprodukte und dekorative Kosmetik müssen höchste Qualitätsstandards erfüllen. Um dieses Ziel zu erreichen, ist eine zuverlässige Technologie unabdingbar. Leistungsultraschall eine zuverlässige Technologie für die Homogenisierung und Extraktion. Dabei überzeugt Ultraschall mit signifikanten Ergebnissen und ermöglicht es, hochwertige, innovative Produkte zu produzieren. Um mit der kosmetischen Forschung und Entwicklung Schritt zu halten, sind leistungsstarke und anpassungsfähige Homogenisatoren erforderlich. Hielscher Ultrasonics liefert Ihnen zuverlässige Ultraschallgeräte für die einzelnen Prozessstufen – von der Entwicklung neuer Rezepturen im Forschungslabor bis zur Herstellung Ihres kommerzialisierten Produkts. Klicken Sie hier, um die Produktpalette der Hielscher Ultraschallsysteme anzusehen!
Emulsionen
Ultraschall ist eine bewährte Technik zu feinskalige Emulsionen (W/O, O/W, O/W/O, W/O/W), z.B. Mini-, Nano-, Mikro-, Doppel- sowie Umkehremulsionen herzustellen. Während der ultraschall-gestützten Homogenisierung wird intensive Kavitation erzeugt, deren Scherkräfte zwei oder mehrerer nicht-mischbare Phasen emulgiert, indem die Phasen in sehr kleine Tropfengrößen geschert werden. Durch die kleine Tropfengröße und niedrige Polydispersität wird eine hohe Emulsionsstabilität erreicht. Emulsionen sind besonders relevant für die Herstellung von Hautcreme, Gel, Lotion, Seren, Öl, Balsam & Oleo-Gelen und Wachsen.
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Dispersionen / Suspensionen
Pulver, Pigmente (z. B. TiO2, ZnO) und Mineralien sind häufig verwendete Zusatzstoffe für kosmetische Produkte wie Cremes, Sonnenschutzmittel, Lippenstift und Nagellack. Um ein homogenes Produkt von hoher Qualität zu erhalten, müssen Pulver, Pigmente und mineralische Partikel zu einer gleichmäßigen Dispersion verarbeitet werden. Da mit Leistungs-Ultraschall zuverlässig Dispersionen im Mikron- und Nanobereich produziert werden können, zählt Ultraschall zu den präferierten Homogenisierungstechniken.
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Partikelgrößenverteilung / Vermahlung
Vor allem für dekorative Kosmetika müssen Pigmente auf Mikron- und Submikron-Größen gemahlen und anschließend homogen in der Formulierung dispergiert werden. Wenn intensive Ultraschallwellen in Flüssigkeiten oder in viskose, pastöse Slurries gekoppelt werden, werden durch die Ultraschallkavitation hohe Scherkräfte generiert, wodurch Partikel und Pigmente auf Submikron- und Nano -Größen vermahlen werden. Besonders in dekorativer Kosmetik (z.B. Wimperntusche, Nagellack, Lippenstift, Make-up) ist die feine Korngrößenverteilung der Pigmente ein wichtiges Qualitätsmerkmal.
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Extraktion
Ultraschall ist eine sehr schnelle und effiziente Technik, um hohe Erträge aktiver Substanzen, z.B. Antioxidantien, Polysaccharide, Terpene und Phenolverbindungen, aus pflanzen zu extrahieren. Da es sich bei der ultraschall-gestützten Extraktion um eine nicht-thermische Methode handelt, werden aktiven Wirkstoffe auf sanfte Weise gewonnen, so dass eine Schädigung und Zersetzung des Extraktes vermieden wird. Neben einer höheren Ausbeute an Extrakten liegen weitere Vorteile der Ultraschallextraktion in der Nutzung von "grünen", umweltfreundlichen Extraktionslösungsmitteln (z.B. Wasser) bzw. in einer Reduktion der verwendeten Lösungsmittel, in der niedrigeren Extraktionstemperatur sowie in der deutlich reduzierten Extraktionsdauer. Bei der Ultraschall-Extraktion handelt es sich um eine bewährte, gut untersuchte Technik, welche sich bereits für die Extraktion vieler aktiver Verbindungen wie Ascorbinsäure (Vitamin C), α-Tocopherol (Vitamin E) und β-Carotin (Provitamin A), Coenzym Q10 oder Ferulasäure als erfolgreich erwiesen hat.
Darüber hinaus kann die Anwendung von Ultraschallwellen traditionelle Extraktionsmethoden wie die Soxhlet-Extraktion, überkritische CO2 Extraktion und die enzymatische Extraktion (z.B. von Kollagen) deutlich verbessern.
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Liposomen
Aktive Verbindungen müssen verkapselt in die tiefere Hautschicht geschleust werden, damit sie dort ihre volle Wirkung entfalten können. Liposomen sind ein häufig genutztes Vesikel für aktive Verbindungen und APIs. Ultraschall ist die zuverlässige Technik, um Wirkstoffe in Liposomen zu verkapseln und sie anschließend in das Endprodukt zu emulgieren. Klicken Sie hier, um mehr über die ultraschallgestützte Verkapselung von Liposomen zu erfahren!
Lösen
Ultraschallwellen sind äußerst effizient, wenn es darum geht, zwei oder mehr Phasen zu einem homgenen Produktzu lösen oder homogenisieren. Hochintensive Ultraschall-Scherkräfte unterstützen und beschleunigen den Löseprozess von Pulvern, z.B. Allantoin. Die Homogenisierung ist ein wichtiger Schritt, um ein qualitativ hochwertiges Produkt mit konstanten Eigenschaften zu erhalten. Daher ist Ultraschall die bevorzugte Methode, wenn es das Lösen und Homogenisien geht.
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Leistungsstarker 1,5kW Ultraschallprozessor UIP1500hd
Ultraschall Durchflussreaktor für die kontinuierliche Beschallung.
Entwicklung & Analyse im Labor
Hielscher Ultraschall-Laborgeräte eignen sich optimal für Forschung & Entwicklung sowie für Routineprozesse im Labor. Geräte wie das Handgerät UP100H eignen sich für vielfältige Anwendungen, z.B. Mischen, Dispergieren, Emulgieren, Homogenisieren, Desintegration oder Lösen. Unsere Laborgeräte sind einfach zu bedienen und haben eine unübertroffene Effizienz und Flexibilität. Alle Geräte können präzise gesteuert werden, so dass eine Reproduzierbarkeit der Ergebnisse gewährleistet ist.
Ultraschall in der Produktion
Ultraschallprozesse können problemlos hochskaliertwerden. Machbarkeitsstudien sowie eine Optimierung des Prozesses im kleinen Maßstab ermöglichen es, die ideale Gerätekonfiguration für ein Scale-up zu wählen. Die Tabelle unten gibt eine allgemeine Empfehlung, welches Gerät sich für bestimmte Volumina bzw. Durchflussraten eignet.
| Batch-Volumen | Durchfluss | Empfohlenes Ultraschallgerät |
|---|---|---|
| 0,5 bis 1,5 ml | n.a. | VialTweeter |
| 1 bis 500ml | 10 bis 200ml/min | UP100H |
| 10 bis 2000ml | 20 bis 400ml/min | UP200Ht, UP400S |
| 0.1 bis 20l | 0,2 bis 4l/min | UIP1000hd UIP2000hd |
| 10 bis 100l | 2 bis 10l/min | UIP4000 |
| n.a. | 10 bis 100l/min | UIP16000 |
| n.a. | größere | Cluster aus UIP16000 |
Inline-Verarbeitung
Hielscher Ultraschallreaktoren werden für die Beschallung größerer Volumina im Durchflussverfahren eingesetzt. Das Material wird in den Durchflussreaktor gepumpt, wo es unter kontrollierten Bedingungen intensiven Ultraschallkavitation ausgesetzt ist. Die Beschallungsdauer ergibt sich aus dem Reaktorvolumen und der Fließgeschwindigkeit des Materials. Mit einer kontinuierlichen Beschallung im Durchfluss wird sichergestellt, das alle Partikel eine gleichmäßige Beschallung im Reaktor erhalten. Da alle Partikel mit den identischen Beschallungsparametern, d.h. gleicher Intensität und Dauer, beschallt werden, wird die Partikelverteilungskurve nach links verschoben, anstatt ausgeweitet zu werden. Ein sogenanntes „right tailing“ (eine Ausweitung der Verteilungskurve nach rechts) ist bei beschallten Proben normalerweise nicht zu beobachten.
Prozesskühlung
Um auch temperaturempfindliche Formulierungen unter kontrollierten Temperaturbedingungen beschallen zu können, bietet Hielscher für alle Labor- und Industriegeräte Durchflussreaktoren mit Kühlmantel. Durch Kühlung der internen Reaktorwände wird die Prozesswärme effektiv abgeführt.
Robust und einfach zu reinigen
Der Aufbau eines Ultraschallreaktors besteht aus demReaktorgefäß, in das die Ultraschall- Sonotrodehineinragt. Die Sonotrode ist das einzige Verschleißteil, welches durch die Kavitation Abnutzungserscheinungen zeigt. Eine Sonotrode kann jedoch problemlos innerhalb von wenigen Minuten ausgetauscht werden. Oszillations-entkoppelnde Flansche ermöglichen es, dass die Sonotrode in offene oder geschlossene, unter Druck gesetzte Gefäße bzw. Reaktoren montiert werden können. Unsere Durchflusszellen und Reaktorgefäße sind in der Regel aus Edelstahl gefertigt, weisen einfache Geometrien auf und können problemlos zerlegt und gereinigt werden. Es gibt keine kleinen Öffnungen oder versteckten Ecken und Kanten, welche eine Reinigung erschweren würden. Zudem sind spezielle Durchflussreaktoren erhältlich, welche die erweiterten Anforderungen für CIP (Clean-in-Place) und SIP (Sterlize-in-Place) erfüllen.
Integrierte Ultraschallreinigung
Die Ultraschallintensität unserer Ultraschallhomogenisatoren ist deutlich höher als die eines gewöhnlichen Ultraschallreinigungsbads. Daher eignen sich die Ultraschallhomogenisatoren ideal, um den Reinigungsprozess während des Spülens zu unterstützen, da die Ultraschall- Kavitation Partikel ablöst und entfernt , so dass die Rückstände anschließend mit der Flüssigkeit aus dem Reaktor gespült werden.
Wissenswertes
Ultraschall-Homogenisatoren werden oft als Sonicator, Ultraschall-Lysegerät, Ultraschall-Disruptor, Ultraschall-Labormühle, Sono-Ruptor, Sonifier, Dismembrator, Zell-Disruptor, Ultraschall-Dispergierer oder Ultraschallemulgiergerät bezeichnet. Die unterschiedlichen Bezeichnungen ergeben sich aus den zahlreichen unterschiedlichen Anwendungen, für die Ultraschallgeräte eingesetzt werden.