Herstellung von Handdesinfektionsmitteln mit industriellen Ultraschallmischern

Zur Herstellung von Handdesinfektionsmitteln und Desinfektionslösungen ist eine leistungsstarke Mischtechnologie erforderlich, um eine konsistente Formulierung zu erhalten. Ultraschallmischer sind die zuverlässigste und effizienteste Mischtechnologie zum Mischen und Emulgieren von zwei oder mehr Phasen, um eine homogene, stabile Formulierung von Händedesinfektionsmitteln zu erhalten.

Händedesinfektionsmittel

Handdesinfektionsmittel, auch bekannt unter den alternativen Begriffen Handantiseptikum oder Händedesinfektionsmittel (Abkürzung HDM), ist ein flüssiges Mittel, das auf die Hände aufgetragen wird, um häufig vorkommende Bakterien und Viren, die Krankheiten verursachen können (z.B. verursacht das SARS-CoV-2-Virus die Krankheit COVID-19), zu entfernen bzw. zu inaktivieren. Handdesinfektionsmittel sind in der Regel als Flüssigkeit, Schaum, Gel oder Spray erhältlich.
Handdesinfektionsmittel können mit verschiedenen Inhaltsstoffen und Zusammensetzungen formuliert werden. Zum Beispiel können Handdesinfektionsmittel entweder auf Alkoholbasis oder alkoholfrei sein. Handdesinfektionsmittel auf Alkoholbasis enthalten normalerweise zwischen 60 und 95% Alkohol. Als Alkohole werden am häufigsten Ethanol (Ethylalkohol), Isopropanol oder n-Propanol verwendet. Hochkonzentrierter Alkohol (d.h. 60% und mehr) zerstört Proteine. Durch die Denaturierung von Proteinen werden viele Krankheitserreger (krankheitserregende Mikroorganismen) inaktiviert oder abgetötet. Alkoholfreie Händedesinfektionsmittel sind ein alternatives Produkt, bei dem Desinfektionsmittel wie Benzalkoniumchlorid (BAC) oder antimikrobielle Mittel wie Triclosan als Wirkstoff verwendet werden, um Mikroorganismen zu inaktivieren oder abzutöten. Sowohl in alkoholbasierten als auch in alkoholfreien Händedesinfektionsmitteln können die Wirkstoffe gegen Krankheitserreger die Haut austrocknen, indem sie die natürliche Hautbarriere zerstören. Daher enthalten die meisten Handdesinfektionsmittel-Formulierungen hautpflegende Zusätze (z.B. Glyzerin, Öle) zur Rehydrierung der Haut. Andere Inhaltsstoffe wie Verdickungsmittel, Duftstoffe, Farbstoffe usw. können hinzugefügt werden, um Textur, Geruch und Erscheinung von Händedesinfektionsmitteln zu verändern.

Mischen von Händedesinfektionsmitteln mittels Ultraschall

Ultraschallmischer sind die effektivste Dispersions-/Emulsionstechnologie zur Herstellung von Handdesinfektionsmitteln (auch Handantiseptikum genannt), welche als Flüssigkeit, Gel, Spray oder Lotion angeboten werden.
Da Ultraschallmischer hohe Scherkräfte erzeugen, sorgen sie für die nötige Bewegung, um die Bestandteile zu einem kohäsiven Gemisch zu vermengen. Ein solch kraftvolles und zuverlässiges Mischen ist notwendig, um effektive und zuverlässige Desinfektionsmittel wie Händedesinfektionsmittel und Flächendesinfektionsmittel herzustellen.

Wie funktioniert das Mischen mit Ultraschall?

Ultraschallmischer erzeugen akustische Kavitation, was zu hochintensiven Scherkräften führt. Daher werden Ultraschall-Mischsysteme häufig zum Emulgieren von zwei oder mehreren nicht mischbaren Flüssigkeiten sowie zum Dispergieren von Feststoffpartikeln in Flüssigkeiten und Slurries eingesetzt. Das Mischen und Vermischen mit Ultraschall wird durch Einkopplung von Hochleistungs-Ultraschallwellen in eine Flüssigkeit oder Slurries erreicht. Hochintensive Ultraschallwellen werden über eine Ultraschallsonotrode in einen Batch-Tank oder in einen Inline-Durchflusszellenreaktor eingetragen. Nur Sonotroden-Ultraschallgeräte können die intensiven Kavitationskräfte erzeugen, welche für die Formulierung homogener und langzeitstabiler Mischungen erforderlich sind. Die Ultraschallsonotrode schwingt in der Flüssigkeit mit einer sehr hohen Frequenz (z.B. 20kHz) und erzeugt hochintensive akustische / ultraschall-generierte Kavitation in der Flüssigkeit.
In dem mit Ultraschall erzeugten Kavitationsfeld entstehen durch den Zusammenbruch der Kavitationsblasen starke Scherkräfte, die Tropfen, Agglomerate und sogar feste Partikel aufbrechen. Außerdem erzeugt die Ultraschallkavitation Hochgeschwindigkeits-Flüssigkeitsströme mit bis zu 1000km/h. Die kavitativen Flüssigkeitsstrahlen stoßen Partikelagglomerate auf, lösen Tröpfchen auf, verbessern den Stofftransport in Flüssigkeiten und Schlämmen und dispergieren Feststoffe im gesamten Medium. Im Bereich der Ultraschallkavitation wechseln die Drücke schnell und wiederholt zwischen Vakuum und bis zu 1000 bar. Ein Rotationsmischer mit 4 Mischerblättern müsste mit 300.000 Umdrehungen pro Minute arbeiten, um die gleiche Häufigkeit der wechselnden Druckzyklen zu erreichen. Herkömmliche Rotationsmischer und Rotor-Stator-Mischer erzeugen aufgrund ihrer begrenzten Drehzahl keine nennenswerte Menge an Kavitation.

Handdesinfektionsmittel-Formulierungen mit Ultraschall-Mischung

Die Formulierung eines Händedesinfektionsmittels bestimmt seine Wirksamkeit und das Spektrum der Keimabtötung (d. h. antibakteriell, antimykotisch, antiviral, wirksam gegen behüllte und unbehüllte Viren, behüllte Parasiten usw.).
Da die häufige Verwendung von Alkohol und alkoholhaltigen Desinfektionsmitteln auf der Haut (z. B. an den Händen) die Haut austrocknet, was zu Entzündungen und Reizungen führen kann, enthalten hochentwickelte Handdesinfektionsmittel hautpflegende Inhaltsstoffe, z. B. Aloe vera, Glyzerin, Jojobaöl, Hagebuttenöl usw.). Durch die Ultraschall-Emulgierung werden die verschiedenen Phasen von Alkohol, Zusatzstoffen, Ölen und Wasser zu einem stabilen und einheitlichen Handdesinfektionsmittel vermischt.

Ultraschallproduktion einer Emulsion (rot angefärbtes Wasser / gelbes Öl). Nach einigen Sekunden der Ultraschallbehandlung werden die Wasser- und Öl-Phase in eine feine Emulsion umgewandelt.

Häufige Inhaltsstoffe für Handdesinfektionsmittel

v65%iger (oder höherprozentiger) Alkohol (um gegen eine Vielzahl von Viren und Bakterien wirksam zu sein)
• Hautpflegebestandteile wie Öle, Aloe vera, Glyzerin usw.
• Wasser (z. B. destilliertes oder steriles Wasser)
• Emulgator / Tensid
• gegebenenfalls Verdickungsmittel (z. B. Xanthan), Schaumbildner, Duftstoffe, Sporizide (z. B. Wasserstoffperoxide zur Beseitigung bakterieller Sporen)

Wirksame Handdesinfektionsmittel gegen COVID-19

Hygiene und insbesondere Handhygiene ist ein wichtiger Faktor zur Verhinderung der Ausbreitung des schweren akuten respiratorischen Syndroms Coronavirus 2 (SARS-CoV-2), des Virus, das die Krankheit COVID-19 verursacht. Während gründliches Händewaschen mit Wasser und Seife empfohlen wird, wann immer dies möglich ist, sind Handdesinfektionsmittel eine zuverlässige Alternative, insbesondere wenn Händewaschen mit Wasser und Seife nicht möglich ist.
Die Weltgesundheitsorganisation (WHO) empfiehlt zwei Formulierungen von Desinfektionsmitteln auf Alkoholbasis, die sich als wirksam gegen das Coronavirus SARS-CoV-2 erwiesen haben. Wissenschaftler aus Deutschland und der Schweiz haben die Wirksamkeit der Desinfektionsmittelformulierungen gegen SARS-CoV-2 getestet und bestätigt.
Desinfektionsmittel-Formulierung Nr. 1:

• Ethanol - 80 Volumenprozent (vol/vol)
• Glycerin (auch bekannt als Glycerin) - 1,45% vol/vol
• Wasserstoffperoxid - 0,125% vol/vol

Desinfektionsmittel-Formulierung Nr. 2:

• Isopropanol (auch bekannt als 2-Propanol oder Isopropylalkohol) - 75% vol/vol
• Glyzerin - 1,45% vol/vol
• Wasserstoffperoxid - 0,125% vol/vol

Beide oben genannten Handdesinfektionsmittelformulierungen inaktivieren das Virus bei gründlicher Anwendung bereits nach 30 Sekunden Einwirkzeit.

Hochleistungs-Ultraschallhomogenisatoren

Hielscher Ultrasonics ist ein erfahrener Hersteller von Hochleistungs-Ultraschallgeräten für Anwendungen, bei denen es um das Mischen, Vermengen und Rühren verschiedener Flüssig/Flüssig- oder Flüssig/Feststoff-Gemische geht.
Für die lebensmittel- und pharmagerechte Verarbeitung von Handdesinfektionsmitteln auf industrieller Ebene werden Hochleistungs-Ultraschallanlagen benötigt, um große Mengen in einer Ultraschall-Batch-Anlage oder in einem kontinuierlichen Durchflusssystem zu verarbeiten. Hielscher Ultrasonics ist ein erfahrener und zuverlässiger Lieferant von Hochleistungs-Ultraschall-Mischanlagen, die weltweit in Produktionsanlagen in der Lebensmittel-, Pharma-, Kosmetik- und Körperpflegeindustrie eingesetzt werden.
Die hochentwickelten Ultraschallgeräte von Hielscher Ultrasonics lassen sich präzise steuern und geben dem Bediener die volle Kontrolle über die wichtigen Prozessparameter wie Amplitude, Druck, Temperatur und Beschallungszeit. Dies ermöglicht die Optimierung des Beschallungsprozesses und macht das Verfahren höchst effizient und wirtschaftlich.
Das umfangreiche Zubehör wie Sonotroden, Boosterhörner, Durchflusszellenreaktoren und weitere Add-Ons ermöglichen es, das Ultraschall-Mischsystem spezifisch auf die zu verarbeitenden Zutaten und die angestrebte Leistung zu konfigurieren.

Ultraschallprozesskontrolle

Alle digitalen Hielscher-Ultraschallgeräte – vom Labor- bis zur Industriegerät – sind mit einer intelligenten Software ausgestattet, mit der der Ultraschallprozess präzise gesteuert, überwacht und kontrolliert werden kann. Amplitude, Energieeintragsgrenze, Pulszyklen und Beschallungszeit können über die benutzerfreundliche Software voreingestellt werden. Über ein farbiges Touch-Display ist das Menü leicht zugänglich und intuitiv zu bedienen. Mit der Browser-Fernsteuerung kann der Bediener das Ultraschallsystem aus der Ferne bedienen und überwachen.
Alle wichtigen Ultraschall-Prozessdaten (wie z.B. Amplitude, Temperatur, Druck, Nettoenergie, Gesamtenergie, Zeit und Datum) werden automatisch auf einer integrierten SD-Karte gespeichert. Die automatische Datenprotokollierung wird in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie sehr geschätzt, da sie es dem Lebensmittelhersteller ermöglicht, den Verarbeitungsprozess jeder beschallten Charge zu revidieren. Dies ermöglicht eine Standardisierung der Prozesse, eine kontinuierlich hohe Qualität des Produktes und die Umsetzung von Good Manufacturing Practices (GMP).

Ultraschallgeräte für die Industrie

Hielscher Ultrasonics‘ industrielle Ultraschallprozessoren können sehr hohe Amplituden liefern. Amplituden von bis zu 200µm können problemlos im 24/7 Betrieb kontinuierlich betrieben werden. Für noch höhere Amplituden sind kundenspezifische Ultraschall-Sonotroden erhältlich. Die Robustheit der Hielscher-Ultraschallgeräte ermöglicht einen 24/7-Betrieb bei hoher Beanspruchung und in anspruchsvollen Umgebungen.
In der folgenden Tabelle finden Sie die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallhomogenisatoren: